QuantumScape rapporte que son dernier prototype de cellule A0 a atteint plus de 1 000 équivalents de cycle complet avec une rétention d’énergie de décharge de plus de 95 % dans l’un des laboratoires de test de batteries de son client potentiel. Cela a dépassé les objectifs de commercialisation de QuantumScape, à savoir 800 cycles et 80 % de rétention d’énergie.

“QS ne connaît aucune batterie lithium-métal de format automobile ayant montré une rétention d’énergie de décharge aussi élevée sur un nombre de cycles comparable, à température ambiante et à une pression modeste”, écrit QuantumScape.

L’entreprise souligne cependant qu’il s’agit de la cellule la plus performante et que des aspects tels que la fiabilité doivent encore être travaillés.

« Il s’agit néanmoins d’un résultat exceptionnel. »

QuantumScape dans sa lettre aux actionnaires

Le résultat est en effet significatif car la cellule prototype A0, comme celle destinée à la production, comporte 24 couches et reprend le format de cellule propriétaire de QuantumScape. Cependant, produire ces cellules en grande quantité avec une qualité et une fiabilité élevées pose des « défis importants ».

« Étant donné que QSE-5 aura des cathodes à charge plus élevée et un conditionnement plus efficace que notre cellule prototype A0, il supportera des densités de courant plus élevées et sera construit avec des marges plus serrées, ce qui entraînera plus de contraintes sur la cellule. Nous devons également continuer à travailler à la production de ces cellules en gros volumes, avec une qualité et une fiabilité élevées.

QuantumScape a introduit la conception de cellules à 24 couches en 2022, passant de 16 couches en quelques mois. La conception s’adapte aux caractéristiques d’expansion et de contraction des batteries Li-métal pendant la charge et la décharge.

La conception constituera la base du premier produit de QuantumScape. Le QSE-5 annoncé cet été présentera une capacité de charge d’environ 5 Ah avec une densité énergétique supérieure à 800 Wh/L. C’est la performance que certains tests ont désormais dépassée. De plus, QS fait explicitement référence à « la batterie 2170 utilisée dans plusieurs principaux modèles de véhicules électriques » – c’est-à-dire Tesla – qui a une capacité typique d’environ 4,5 à 5 Ah.

L’entreprise ne précise pas chez quel « client potentiel » les tests ont eu lieu. Cet été, QuantumScape a explicitement mentionné pour la première fois une coopération avec un partenaire de lancement potentiel. Que ce soit Volkswagen reste ouvert.

Le rapport d’aujourd’hui confirme « un client de lancement potentiel dans le secteur automobile » pour QSE-5, mais QS ajoute que l’ampleur de cette application initiale est « petite de par sa conception ». Il représente toujours « une preuve de concept de véhicule importante » pour l’entreprise avec le « potentiel de conduire à d’autres programmes à l’avenir ». Le rapport mentionne en outre des applications dans les sports automobiles, les véhicules de tourisme et utilitaires, notamment les motos, les voitures, les camions et les SUV.

QS résume : « Parallèlement aux résultats de cathode à charge plus élevée (…), nous avons maintenant démontré séparément trois aspects clés de notre conception de cellule destinée à la production : 24 couches, une charge de cathode plus élevée (~ 5 mAh/cm2) et notre nouveau format de cellule. . Lorsque ces aspects sont combinés avec des améliorations de l’efficacité de l’emballage et du contrôle et de l’automatisation des processus de fabrication pour une fiabilité améliorée, cela constitue le cœur de notre premier produit commercial, QSE-5.

La société a également développé un nouveau nom pour le format de cellule hybride qui sera utilisé dans ledit premier produit commercial. Désormais appelé FlexFrame, le formulaire combine des conceptions conventionnelles de pochettes et de cellules prismatiques et est conçu pour regrouper le même nombre de couches, avec plus d’énergie par couche, dans un emballage plus mince pour occuper moins d’espace dans les véhicules électriques, écrit QS. Plus précisément, FlexFrame combine un cadre rigide, qui assure la stabilité structurelle, avec une couche externe en polymère flexible, qui permet à la face de la cellule de se dilater et de se contracter dans les dimensions extérieures fixes du cadre.

Mis à part la conception et le développement, la fabrication (à grande échelle) reste bien entendu le principal défi. QS rapporte avoir commencé la qualification de son processus de traitement thermique à séparateur rapide (Raptor), qui impliquait la production de films, la collecte de données sur leur qualité et leur cohérence, et l’utilisation de ces retours pour affiner les spécifications. QS affirme que Raptor est conçu pour fournir un débit jusqu’à trois fois supérieur en utilisant un équipement similaire à celui de notre processus de dernière génération, tout en appliquant moins d’énergie par séparateur. “Nous continuons de viser le déploiement de Raptor d’ici la fin de l’année”, déclare QS.

L’entreprise a déjà évoqué l’amélioration de la fabrication des séparateurs à l’automne 2022 pour éviter les impuretés. Dans les cellules Quantumscape, un séparateur en céramique isole la cathode de l’anode, permettant à l’entreprise d’expérimenter avec des matériaux autrement incompatibles. La conception offre de meilleures performances à basse pression, un comportement amélioré à basse température à -30 degrés Celsius, un meilleur support à haut débit et une fiabilité de cellule améliorée par rapport au catholyte de première génération, affirme la société.

La production de séparateurs et l’assemblage de cellules d’échantillon se poursuivent toujours sur la ligne pilote QS-0 à San José. L’automatisation, telle que l’équipement d’assemblage de cellules unitaires, commence. QS déclare : « Dans l’ensemble, nous sommes satisfaits des progrès réalisés en matière de mise à l’échelle de la fabrication, mais il reste encore du travail à faire, notamment la poursuite de nos initiatives de réduction des défauts et d’amélioration de la qualité, l’intégration d’une métrologie et d’une collecte de données avancées et le développement d’une automatisation supplémentaire des processus ».

Concernant cette mise à l’échelle, QS a embauché le Dr Siva Sivaram comme président cet automne. Il est chargé d’introduire la technologie des batteries dans la production à haut volume. Sivaram a été président de Western Digital, une société mondiale de stockage de données à semi-conducteurs et magnétiques. Avant cela, il a occupé des postes de direction dans des entreprises technologiques, notamment SanDisk, Matrix Semiconductor et Intel.

quantumscape.com