QuantumScape (QS) por fin da el paso a una batería totalmente sólida. Su nueva plataforma Osprey cambia el líquido de su cátodo por un electrolito sólido de sulfuro, y la empresa asegura que las celdas llegaron a 1.000 ciclos completos al 80% de capacidad con solo una atmósfera de presión, según informó Electrek el 11 de noviembre.
Para el bando del sulfuro, donde están Toyota, Samsung SDI, BYD y Factorial, el resultado pesa. Sus celdas suelen necesitar una sujeción mecánica fuerte para funcionar. El white paper detrás del anuncio muestra, eso sí, que se trata de celdas de laboratorio chicas y en etapa temprana, y que varias de las cifras del titular vienen con condiciones que conviene leer.
Las celdas actuales de QuantumScape no son totalmente sólidas
QuantumScape rara vez lo había dicho con esta claridad. Su producto actual no es totalmente sólido.
El nuevo white paper describe la plataforma QSE, incluida la celda QSE-5 que la empresa entrega como muestra desde su línea piloto Eagle Line en San José, como un separador cerámico combinado con "un cátodo NMC de alto níquel relativamente convencional y un catolito líquido".
La parte sólida es el separador. Va entre el cátodo y un ánodo de litio metálico que QuantumScape ni siquiera fabrica. La celda se arma "sin ánodo", y el litio se deposita contra el separador durante la primera carga.
Osprey conserva ese separador y el diseño sin ánodo, y cambia el líquido del cátodo por un electrolito sólido de sulfuro. Con eso la celda completa pasa a ser sólida.
Sulfuros como separador, QuantumScape sigue diciendo que no
Lo llamativo es que QuantumScape no cambió de opinión sobre los sulfuros. Lleva años sosteniendo que los electrolitos de sulfuro no sirven como separador, y el white paper insiste en eso. Describe sus problemas como "propiedades fundamentales" del material y no como desafíos de ingeniería.
La empresa enumera cuatro problemas:
- Los sulfuros reaccionan con el litio metálico.
- Necesitan alta presión para mantener el contacto con los electrodos.
- Les cuesta funcionar a temperatura ambiente y bajo ella.
- No toleran la carga rápida con un ánodo de litio metálico antes de que se formen dendritas.
La presión es lo que más les importa a los fabricantes de autos. QuantumScape lo ilustra así. Aplicar 20 atm sobre una sola celda de 10 x 24,2 cm equivale a unos 5.000 kg de fuerza, el peso aproximado de tres autos medianos. Mantener esa fuerza en todo un pack exige placas de acero gruesas en los extremos y tirantes, que suman peso, volumen y costo.
Y 20 atm es una cifra generosa. Muchas celdas de sulfuro de laboratorio trabajan entre 30 y más de 100 atm (3 a 12 MPa), y algunas incluso más. La china FAW informó en septiembre celdas de sulfuro de gran formato ciclando a 5 MPa, unas 50 atm, y lo presentó como un logro de baja presión.
La propuesta de QS entonces es simple. El sulfuro queda en el cátodo, donde mueve bien los iones de litio, y el separador cerámico de QS se encarga del litio metálico.
¿Qué muestran los datos de Osprey?
QuantumScape publicó cuatro conjuntos de datos principales.
Vida útil en ciclos, el resultado real
Es el resultado más sólido. Una celda de 2 capas con un cátodo de 50 x 65 mm, la misma área de la QSE-5, completó 1.000 ciclos hasta cerca del 80% de capacidad. La prueba usó carga y descarga completas a 1C, de 0 a 100% de estado de carga, a 30 °C y 1 atm. La carga del cátodo fue de 5,5 mAh/cm², en línea con las celdas comerciales para autos eléctricos.
QuantumScape afirma que ninguna otra celda basada en sulfuro ha mostrado algo así, y Electrek no encontró datos publicados que lo contradigan. Hay grupos académicos que han mostrado celdas de sulfuro funcionando con poca o ninguna presión externa, pero no durante 1.000 ciclos completos con cátodo de sulfuro y ánodo de litio metálico.
La celda, eso sí, es chica. Según el cálculo de Electrek, dos capas de ese tamaño dan entre 0,3 y 0,4 Ah, contra unos 5 Ah de una QSE-5.
Carga rápida, a 80 °C
El comunicado de prensa habla de "carga rápida de cinco minutos del 10% al 80%". El white paper muestra que eso se logró a 10C, en una celda de 2 capas y a 80 °C. El propio gráfico lleva el rótulo "La alta temperatura permite una carga rápida de 5 min".
Las baterías cargan mucho más rápido en caliente, y los autos eléctricos preacondicionan sus packs antes de una carga rápida. Aun así, 80 °C está muy por encima de la temperatura habitual de ese preacondicionamiento. QS no publicó un resultado de carga rápida a temperatura ambiente.
Clima frío, en una celda diminuta
La frase "operativa hasta -20 °C" sale de una celda de una sola capa con un cátodo de 21 x 21 mm, descargada lentamente a C/3. Conservó el 68% de su capacidad a temperatura ambiente cuando estaba a -20 °C (cerca del 52% de su energía) y el 85% a 0 °C.
Para un sistema de sulfuro, que históricamente ha necesitado calor, es un resultado real. Pero se midió en una celda diminuta y con una descarga suave.
Densidad energética, proyectada
La cifra de "hasta ~1.100 Wh/L" es una proyección. QS dice que los cátodos de alta carga (10 mAh/cm², casi el doble que las celdas actuales para autos eléctricos) son posibles con catolitos de sulfuro. La prueba que lo respalda usó una celda tipo moneda de 11 mm a 3 atm, no a 1 atm, y corrió 100 ciclos.
Como referencia, la QSE-5 tiene una especificación de 844 Wh/L y 301 Wh/kg.
| Medición | Condición de la prueba | Resultado |
|---|---|---|
| Vida útil | Celda de 2 capas, 50 x 65 mm, 1C/1C, 30 °C, 1 atm | 1.000 ciclos al 80% |
| Carga rápida | Celda de 2 capas, 10C, 80 °C | 10% a 80% en 5 minutos |
| Frío | Celda de 1 capa, 21 x 21 mm, C/3 | 68% de capacidad a -20 °C |
| Densidad | Celda moneda de 11 mm, 3 atm, 100 ciclos | Hasta ~1.100 Wh/L proyectados |
Una "plataforma abierta" para los cátodos de sulfuro de los demás
El modelo de negocio es la parte más grande de la historia.
QuantumScape presenta Osprey como una "plataforma abierta". Los clientes pueden usar el cátodo de sulfuro propio de QS, fabricado con un proceso en seco patentado, o traer el suyo. QS dice que ya probó Osprey con cátodos sólidos desarrollados por sus clientes del sector automotor.
Después de años como el escéptico del sulfuro, QuantumScape ahora quiere venderles su separador y su diseño sin ánodo a las empresas que gastaron miles de millones en desarrollar cátodos de sulfuro.
Eso calza con el modelo de licencias que ya usa con PowerCo, de Volkswagen, y con Honda. QS reportó 9,8 millones de dólares en facturación a clientes en el tercer trimestre y anunció una línea de producción de 100 MWh que apunta a iniciar la fabricación de la QSE-5 en 2028.
Para Osprey no hay calendario. El white paper dice que el proceso se demostró "a escala de laboratorio", que los procesos de mayor rendimiento están "en etapa de desarrollo" y que "queda trabajo importante en ingeniería de procesos". Los fabricantes de autos además quieren celdas prismáticas más grandes que la QSE-5, lo que implica más capas y más área por capa.
¿Dónde queda en la carrera de las baterías sólidas?
Los demás corren contra el reloj. Samsung SDI apunta a producir en masa celdas totalmente sólidas de sulfuro en su planta de Ulsan durante el segundo semestre de 2027. BYD planea una producción en lotes pequeños de celdas sólidas de sulfuro en 2027, con producción masiva hacia el final de la década. Toyota apunta a 2027 o 2028, después de correr sus plazos desde 2020, 2023 y 2026. La plataforma Solstice de sulfuro de Factorial busca llegar hasta 450 Wh/kg.
CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo, dijo en junio que las baterías sólidas para el mercado masivo todavía están a "años de distancia", cerca de 2030.
Ninguna de esas empresas ha publicado datos de 1.000 ciclos a 1 atm con cátodo de sulfuro y ánodo de litio metálico. Es la primera jugada de QuantumScape.
La lectura de Electrek
Para Electrek, es lo más interesante que QuantumScape ha publicado en bastante tiempo. Las cifras son buenas, pero lo que más destaca es el giro de estrategia.
El resultado de vida útil es legítimo, según el medio. Una celda de 2 capas con electrodos de área comercial y una carga realista que completa 1.000 ciclos completos a 1C, 1 atm y 30 °C es el tipo de dato que la industria no había mostrado. Y QS publicó las condiciones de la prueba, algo que muchos competidores no hacen.
Electrek también sostiene que el comunicado vende más de lo que trae el white paper. Una carga de 5 minutos a 80 °C no es lo mismo que una carga de 5 minutos, y el comunicado debió decirlo. La densidad energética es proyectada, el resultado en frío viene de una celda del tamaño de una estampilla, y el 80% tras 1.000 ciclos queda bastante por debajo del 95% tras 1.000 ciclos que PowerCo confirmó en 2024 para las primeras celdas QSE. Son química y etapa distintas, pero el medio pide tenerlo en cuenta.
En la lectura de Electrek, QuantumScape admite que el catolito líquido de la QSE es una etapa intermedia, y que la enorme inversión de la industria en sulfuro es algo a lo que conviene conectarse antes que pelear. Si tu separador es la única pieza que los demás no logran hacer funcionar, vendérselo es una decisión sensata.
El problema es el tiempo. QS todavía está escalando la QSE-5, con una línea de 100 MWh que no llega antes de 2028, y Osprey es un proceso de laboratorio. Los planes de producción de Samsung SDI, BYD y Toyota se fijan entre 2027 y 2030.
