В предыдущей платформе QuantumScape, QSE, уже использовался твердый керамический сепаратор, отделяющий катод от литий-металлического анода. Однако сам катод содержал жидкий электролит, поэтому такие элементы нельзя было назвать полностью твердотельными. В Osprey компания заменила жидкость твердым сульфидным электролитом. При этом в конструкции по-прежнему нет отдельного литиевого анода: металлический литий образуется на поверхности сепаратора во время первой зарядки.
Сульфидные электролиты хорошо проводят ионы лития, но у них есть недостатки. Во-первых, они могут вступать в реакцию с металлическим литием, что приводит к ухудшению характеристик аккумулятора. Во-вторых, для стабильной работы батареи электролит нужно сильно сжимать. В лабораторных испытаниях давление обычно достигает 30–100 атмосфер. Даже при 20 атмосферах на один элемент размером 10 × 24,2 см приходится нагрузка около пяти тонн. Чтобы выдерживать такое давление, аккумуляторному блоку нужны тяжелые металлические пластины и крепления. Это увеличивает массу, габариты и стоимость батареи, что особенно критично для электромобилей. QuantumScape предлагает использовать сульфидный электролит только в катоде, а для разделения электродов — собственный керамический сепаратор.
Компания провела испытания двухслойного элемента с катодом размером 50 × 65 мм. При температуре 30°С и давлении в одну атмосферу он выдержал 1 тыс. циклов полной зарядки и разрядки со скоростью 1С, после чего сохранил около 80% первоначальной емкости. Нагрузка катода составляла 5,5 мА·ч/см² — показатель, сопоставимый с используемым в аккумуляторах электромобилей.
Остальные характеристики пока подтверждены лишь в ограниченных условиях. Например, зарядить элемент с 10 до 80% за пять минут удалось при температуре 80°С — значительно выше обычной рабочей температуры аккумуляторов электромобилей. При −20°С он сохранил 68% емкости, однако испытания проводили на небольшой однослойной ячейке с низкой скоростью разрядки. Плотность энергии до 1100 Вт·ч/л пока остается расчетным показателем.
Есть ограничения и по масштабу испытаний. Емкость двухслойного элемента, на котором проверяли ресурс, составляет всего 0,3–0,4 А·ч против примерно 5 А·ч у QSE-5. Пока Osprey продемонстрировала работоспособность только в лабораторных условиях. Для перехода к крупноформатным элементам и массовому производству QuantumScape еще предстоит решить ряд инженерных задач.
Тем не менее, компания планирует лицензировать технологию Osprey другим производителям аккумуляторов. Партнеры смогут использовать сульфидные катоды и материалы QuantumScape. По словам разработчиков, они уже проверили совместимость конструкции с катодами нескольких автомобильных партнеров. Сроки коммерческого внедрения Osprey пока не определены. Параллельно QuantumScape продолжает развивать платформу QSE-5 — производственную линию мощностью 100 МВт·ч планируют запустить в 2028 году.
Разработкой сульфидных твердотельных аккумуляторов занимаются и другие крупные игроки рынка. Samsung SDI планирует начать их массовое производство во второй половине 2027 года, BYD — наладить мелкосерийный выпуск в том же году, а Toyota рассчитывает запустить производство в 2027–2028 годах. При этом CATL ожидает, что аккумуляторы такого типа появятся на массовом рынке не раньше 2030 года.
