QuantumScape invierà in produzione batterie dal nuovo fattore-forma flessibile
Il primo prodotto in grandi numeri della startup sarà la cella al litio metallico QSE-5: la sua struttura FlexFrame viene proposta come un nuovo ibrido tra le comuni batterie prismatiche e quelle laminate
Continua la sfida tra nuovi protagonisti del mondo delle batterie per affermarsi con il miglior prodotto di nuova generazione. L’americana QuantumScape ha appena rilasciato sulla piattaforma YouTube un video interessante e di cui raccomandiamo la visione in cui in particolare sono da non perdere gli interventi di Daniel Braithwaite, il direttore senior della progettazione e della produzione di celle e dello scienziato dei materiali della Michigan University Venkat Viswanathan, che è anche consulente scientifico di QuantumScape.
Questa giovane azienda ha già accordi di sviluppo con sei gruppi auto, il più avanazato dei quali con Volkswagen. Non sappiamo se sia un caso, ma l’approfondimento sui progressi delle celle di QuantumScape arriva nel momento in cui si sono diffuse voci che il gruppo tedesco stia facendo hedging nelle batterie, approfondendo contatti anche con rivali come BlueSolutions, l’azienda francese del gruppo Bolloré che produce già celle solid state e grazie a nuove collaborazioni (anche con Foxconn) punta per fine decennio a creare celle molto più performanti delle attuali, problematiche per la lunga fase di carica.
QuantumScape invece sviluppa una cella che sia Braithwaite sia Viswanathan, sottolineano essere soprattutto al litio metallico e con la caratteristica costruttiva di essere anode-free . Ovviamente l’assenza di anodo si riferisce all’uscita dalla fabbrica; il litio va a creare lo strato di particelle che formano l’elettrodo in fase di prima carica (al minuto 5:30 del video c’è una delle migliori animazioni che abbiamo finora visto per spiegare cosa succede alla cella anode-free in questa fase).
La cella al litio metallico di QuantuumScape dispone di un separatore ceramico solido ma, utilizzando elettrolita allo stato liquido, viene considerata tra le offerte di celle di nuova generazione con elettroliti semi-solidi. Grazie peraltro al ricorso al litio metallico appare in grado di puntare a migliorare l’autonomia di un veicolo elettrico a 400-500 miglia, sebbene in anni passati puntasse a traguardi anche superiori. Sostanziali anche le prestazioni di ricarica con rateo dichiarato 4C, che corrisponde a ricariche di energia all’80% della capacità in un quarto d’ora.
Quantumscape con le celle-pilota A0 a 24-strati ha già superato i 1.000 cicli di prove di vita utile conservando il 95% della capacità originaria. I suoi primi campioni sono stati spediti per la validazione ai gruppi auto partner a fine 2022 e a inizio gennaio PowerCo, la divisione Volkswagen specializzata nel settore dell’accumulo di energia, ha confermato che quelle batterie erano in grado raggiungere quei livelli di prestazioni dopo aver percorso mezzo milione di chilometri.
Ma ora QuantumScape punterà ad arrivare al primo prodotto commerciale con le nuove QSE-5 da 5Ah di capacità, celle sempre 24-strati ma con fattore-forma ibrido FlexFrame. Avranno catodi dalla maggiore capacità di custodire energia, potranno sostenere maggiori densità di corrente e soprattutto avranno un design più efficiente.
I tre esperti di QuantumScape in particolare sottolineano come le celle FlexFrame siano una svolta nelle batterie per uso veicolare per quanto riguarda il fattore-forma. Lasciando da parte le celle cilindriche che sono il pane di Tesla, ma anche delle future BMW sulla piattaforma Neue Klasse, finora le altre case hanno scelto tra celle laminate (o pouch) e prismatiche. Secondo loro l’esclusivo design FlexFrame introduce una quarta alternativa, trattandosi di un ibrido tra prismatico e pouch.
La flessibilità attribuita alle prossime celle QSE-5, in uscita nella seconda metà dell’attuale decade, sta tutta nella parte anteriore della cella, che è realizzata in materiale polimerico ed è in grado di contrarsi ed espandersi durante i processi di carica e scarica assecondando il flusso del litio metallico in movimento.
Proprio i processi di carica e scarica rapida sono tra i principali processi della cella in grado di generare maggior calore e quindi sottoporla al maggiore stress termico. In questo caso il costruttore afferma di aver raggiunto un soddisfacente controllo su questa problematica lavorando al BMS livello di cella.
Gli scienziati hanno anche sottolineato come il mantenere un elevato livello di sicurezza sulle batterie di nuova generazione richiederà anche trasferire la cura nel lavorare al Battery Management System anche a livello di moduli e pacco batteria, studiandone l’integrazione nel pianale. Pertanto l’adozione di celle al litio metallico suggerirà anche di collaborare con gli esperti di QuantumScape nel progettare il loro inserimento meglio studiato in una piattaforma di un costruttore.
QuantumScape nel realizzare una cella al litio metallico sottolinea anche la sua adattabilità all’esistente non solo a livello di gamma auto ma di produzione di batterie. Ma evidenziando la compatibilità con l’infrastruttura produttiva attuale, gli scienziati che partecipano allo sviluppo del prodotto sono stati chiari nel sottolineare come compatibilità non equivalga a drop-in. Ovvero, non si potrà produrre una cella al litio metallico della casa americana in una linea così come è attualmente realizzata in una Gigafactory.
Quello che invece è una realtà e anche un fattore di attrattiva per i gruppi che producono batterie per i veicoli elettrici è che ci sia la possibilità di servirsi in molti casi del know-how già esistente per portare a maturazione il prodotto e il suo inserimento in commercio su larga scala.
Il che significa che guardando alla manifattura delle celle agli ioni di litio come è oggi, ad esempio progettisti e scienziati possono attingere a quello che esiste nella filiera della fornitura per quanto riguarda ad esempio i materiali per le lamine delle celle pouch, ma anche ai loro sistemi di chiusura e ai processi utilizzati comunemente per impilare i singoli strati di ciascun esemplare.
