La célula de estado sólido QuantumScape alcanza más de 1.000 ciclos en las pruebas
QuantumScape informa de que su última célula prototipo A0 logró más de 1.000 ciclos completos equivalentes con más de 95% de retención de energía de descarga en uno de los laboratorios de pruebas de baterías de sus posibles clientes. Esto superó los objetivos de QuantumScape para la comercialización, a saber, 800 ciclos y una retención de energía del 80%.
"QS no tiene conocimiento de ninguna batería de litio-metal de formato automovilístico que haya demostrado una retención de energía de descarga tan alta a lo largo de un número de ciclos comparable, a temperatura ambiente y a una presión modesta", escribe QuantumScape.
La empresa subraya, sin embargo, que se trata de la célula con mejor rendimiento y que aún hay que trabajar en aspectos como la fiabilidad.
"No obstante, se trata de un resultado excepcional".
QuantumScape en su Carta a los Accionistas
El resultado es realmente significativo porque la célula prototipo A0, al igual que la célula destinada a la producción, tiene 24 capas y presenta el formato de célula patentado por QuantumScape. Sin embargo, producir estas células en grandes cantidades con alta calidad y fiabilidad plantea "retos significativos".
"Dado que la QSE-5 tendrá cátodos de mayor carga y un envasado más eficiente que nuestra célula prototipo A0, soportará densidades de corriente más elevadas y se construirá con márgenes más ajustados, lo que supondrá un mayor esfuerzo para la célula. También debemos seguir trabajando para producir estas células en grandes volúmenes con alta calidad y fiabilidad."
QuantumScape introdujo el diseño de célula de 24 capas en 2022 cuando pasó de 16 capas en pocos meses. El diseño se adapta a las características de expansión y contracción de las baterías de Li-metal durante la carga y la descarga.
El diseño constituirá la base del primer producto de QuantumScape. El QSE-5 anunciado este verano es presentar una capacidad de carga de unos 5 Ah con una densidad energética superior a 800 Wh/L. Este es el rendimiento que ahora superan algunas pruebas. Además, QS hace referencia explícita a "la batería 2170 utilizada en varios modelos de VE líderes" -es decir, Tesla-, que tiene una capacidad típica de ~4,5-5 Ah.
La empresa no especifica con qué "cliente potencial" se realizaron las pruebas. En verano, QuantumScape mencionó explícitamente por primera vez la cooperación con un posible socio de lanzamiento. Queda por saber si se trata de Volkswagen.
El informe de hoy confirma "un posible cliente de lanzamiento en el sector de la automoción" para el QSE-5, pero QS añade que la escala de esta aplicación inicial es "pequeña por diseño". Aun así, representa "una importante prueba de concepto en el sector del automóvil" para la empresa, con "potencial para dar lugar a otros programas en el futuro". El informe menciona además aplicaciones en el deporte del motor y en vehículos de pasajeros y comerciales, incluidas motocicletas, turismos, camiones y todoterrenos.
QS resume: "Junto con los resultados del cátodo de mayor carga (...), ahora hemos demostrado por separado tres aspectos clave de nuestro diseño de célula con intención de producción: 24 capas, mayor carga del cátodo (~5mAh/cm2 ) y nuestro nuevo formato de célula. Cuando estos aspectos se combinan con mejoras en la eficiencia del envasado y en el control y la automatización del proceso de fabricación para mejorar la fiabilidad, se forma el núcleo de nuestro primer producto comercial, QSE-5."
La empresa también ha desarrollado un nuevo nombre para el formato de célula híbrida que se utilizará en dicho primer producto comercial. Ahora llamado FlexFrame, el formato combina los diseños convencionales de bolsa y célula prismática y está diseñado para empaquetar el mismo número de capas, con más energía por capa, en un paquete más delgado para ocupar menos espacio en los vehículos eléctricos, escribe QS. Más concretamente, FlexFrame combina un marco rígido, que proporciona estabilidad estructural, con una capa exterior de polímero flexible, que permite que la cara de la célula se expanda y contraiga dentro de las dimensiones exteriores fijas del marco.
Dejando a un lado el diseño y el desarrollo, la fabricación (a escala), por supuesto, sigue siendo el principal reto. QS informa de que comenzó la cualificación de su proceso de tratamiento térmico con separador rápido (Raptor), lo que implicó producir láminas, recopilar datos sobre su calidad y consistencia, y utilizar esa información para refinar las especificaciones. QS afirma que Raptor está diseñado para ofrecer hasta tres veces más rendimiento utilizando equipos similares a los de nuestro proceso de última generación, al tiempo que aplica menos energía por separador. "Seguimos teniendo como objetivo el despliegue de Raptor para finales de año", afirma QS.
La empresa ya mencionó en otoño de 2022 la mejora de la fabricación de separadores para evitar impurezas. En las células Quantumscape, un separador cerámico aísla el cátodo del ánodo, lo que permite a la empresa experimentar con materiales que de otro modo serían incompatibles. El diseño ofrece un mejor rendimiento a baja presión, un mejor comportamiento a bajas temperaturas de -30 grados Celsius, un mejor soporte a altas velocidades y una mayor fiabilidad de la célula en comparación con el catolito de primera generación, afirma la empresa.
La producción de separadores y el ensamblaje de celdas de muestra siguen realizándose en la línea piloto QS-0 de San José. Comienza la automatización, como el equipo de ensamblaje de celdas unitarias. QS afirma: "En general, estamos satisfechos con nuestros avances en la ampliación de la fabricación, pero aún queda trabajo por hacer, como seguir impulsando nuestras iniciativas de reducción de defectos y mejora de la calidad, integrar la metrología avanzada y la recopilación de datos, y desarrollar una automatización adicional de los procesos".
En cuanto a dicha ampliación, QS contrató este otoño al Dr. Siva Sivaram como presidente. Se encargará de llevar la tecnología de baterías a la producción a gran escala. Sivaram fue presidente de Western Digital, una empresa global de almacenamiento de datos magnéticos y de estado sólido. Antes de eso, ocupó puestos de liderazgo en empresas tecnológicas como SanDisk, Matrix Semiconductor e Intel.
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