Solid state-batterier kommer närmare verkligheten för framtida elbilar

Det mest solida alternativet till allmänt använda litiumjonbatterier, med fördelarna förbättrad säkerhet, högre energitäthet, längre livslängd och snabbare laddning, är nästan här.

Detta lovande alternativ är solid state-batterier (SSB), som ersätter flytande elektrolyter med fasta elektrolyter, vilket eliminerar brandrisken och möjliggör mer kompakta konstruktioner, såväl som stöder fler laddningscykler innan försämring. 

En nyligen studera¹ från University of California granskade tekniken och fann att den kan transformera inte bara elbilar utan även konsumentelektronik och energilagring. Nyckeln till allt är kemi och teknik.

"Genom att ta bort vätskan och istället använda stabila fasta material kan vi säkert mata in mer elektricitet i batteriet på en gång, utan risk för överhettning eller bränder."

– Huvudförfattare Cengiz Ozkan, professor i maskinteknik vid UCR

Till skillnad från vätskan i traditionella litiumjonbatterier, som försämras med tiden, utgör brandrisk och begränsar laddningshastigheten, erbjuder det fasta materialet som används i solid state-batterier en mer stabil och säkrare miljö, vilket möjliggör effektivare laddning med färre säkerhetsproblem.

Med sina överlägsna egenskaper jämfört med nuvarande litiumjonbatterier har SSB:er fått mycket uppmärksamhet bland företag, men hittills har tekniken är fortfarande i utvecklingsstadiet. Inte länge nu dock.

Validering i verkligheten: Solid State-batterier i elbilar (QS/VW-demo)

Denna vecka utvecklare av solid state-batterier QuantumScape (QS + 4.07%)gjorde, tillsammans med sin affärspartner PowerCo, en livedemonstration av sina energitäta litiummetallbatterier i fast tillstånd som driver ett fordon.

PowerCo är batteriverksamheten inom Volkswagen-koncernen, en av världens ledande biltillverkare och den största biltillverkaren i Europa. VW äger varumärken som Audi, Bentley, CUPRA, Ducati, Lamborghini, Porsche, SEAT och Škoda. Företaget tillverkar även lätta och tunga kommersiella fordon tycka om MAN och ScaniaMedan CARIAD är mjukvaru- och teknikenheten för alla Volkswagen-koncernens fordon. 

VW Group och PowerCo har varit långsiktiga investerare i QuantumScapes solid-state-teknik och har testat deras prototypceller i åratal.

Nu har QuantumScape, PowerCo och Volkswagen Group för första gången visat upp den nya tekniken på IAA Mobility i München, en av världens största mobilitetsmässor. 

Genom att dra av det svarta lakanet från fordonet avslöjade de en modifierad, helt elektrisk Ducati V21L racermotorcykel, som är helt driven av QSE-5 fasta tillståndsceller.

Solid state-cellerna i motorcykeln monterades med hjälp av QuantumScapes egenutvecklade tillverkningsplattform (Cobra-produktionsprocess), vilket möjliggör snabbare värmebehandling, kräver mindre golvyta och eliminerar vissa materialsteg. Det första batterisystemet i sitt slag är designat av specialister på Audi, specifikt för QS SSB-celler.

Demonstrationen markerar en stor prestation inte bara för de inblandade företagen utan även för elfordonssektorn (EV), eftersom det var första gången som QuantumScapes anodfria celler flyttades från tillverkningsanläggningen till ett verkligt fordon för världen att se.

"Idag har vi korsat tröskeln från möjlighet till verklighet."

– QuantumScape VD och vd Dr. Siva Sivaram

Företagets partnerskap med PowerCo, noterade han, positionerar QuantumScape för att skala upp sin transformativa teknik till produktion i gigawattimmar (GWh), och tillsammans kommer de att "hjälpa till att inleda en ny era av elektrifierad transport".

Enligt officiellt tillkännagivande, världens första livedemonstration av QS solid-state litium-metall-batterier som driver en elbil, representerar ett betydande framsteg inom batteritekniken och ett stort steg mot kommersialisering av solid-state elbilar.

Med den här tekniken är målet att bidra till att elbilsrevolutionen drivs framåt, vilket PowerCos VD Frank Blome säger är "den största omvandlingen bilindustrin någonsin har sett". 

SSB:er kommer att omdefiniera vad som är möjligt för högpresterande premiumfordon, och demonstrationen är bara början, tillade han.

QuantumScapes färdplan för prototyp till produktion

I takt med att traditionella litiumjonbatterier når gränserna för sin möjliga energitäthet och säkerhet, i takt med att bärbar elektronik, elfordon och förnybara energinät blir mer utbredda och krävande, har QuantumScape vänt sig till solid state-batterier för att ge högre energitäthet, snabbare laddning och förbättrad säkerhet. att stötta övergången till en framtid med lägre koldioxidutsläpp.

Det leder för närvarande den globala kapplöpningen mot utveckling av solid state-batterier, redo att introducera sina fullfjädrade solid state-celler på elbilsmarknaden i stor skala inom en snar framtid.

Den senaste demonstrationen av dess teknik för världen fick faktiskt aktiekurserna för det 5 miljarder dollar stora börsvärdeföretaget att skjuta i höjden. I skrivande stund handlas QS till 8.85 dollar, en ökning med hela 70.52 % hittills i år, även om det fortfarande är långt ifrån sin rekordhöga notering (ATH) på 132.73 dollar från slutet av 2020. 

QuantumScape har en vinst per aktie (TTM) på -0.91 och ett P/E (TTM) på -9.76.

När det gäller de finansiella utsikterna rapporterades kapitalutgifter på 8.3 miljoner dollar under andra kvartalet 2. Kostnaderna finansierades främst av inköp av anläggningar och utrustning då QuantumScape förberedde sig för produktion av större QSE-2025 B5-prover under denna period.

Dess GAAP-rörelsekostnader var 123.6 miljoner dollar, GAAP-nettoförlusten var 114.7 miljoner dollar och den justerade EBITDA-förlusten var 63 miljoner dollar.

Företaget avslutade kvartalet med 797.5 miljoner dollar i likviditet och förlängde sin prognos för kassaflödeshanteringen till 2029.

QuantumScape faktiskt förväntar sig att snart skicka sina provceller för testning, med kommersiell produktion förväntat att börja in de närmaste par åren, beroende på tillverkningsskalning och myndighetsgodkännanden.

B-provcellen QSE-5 är den första planerade kommersiella produkten från QuantumScape, som är designad för att möta elbilssektorns behov av batterier som måste utmärka sig inom fem avgörande prestandamått: kostnadseffektivitet, energitäthet, laddningshastighet, säkerhet och livslängd.

Innovationen här är den anodlösa celldesignen, vilket förenklar tillverkningen och sänker materialkostnaderna samtidigt som den levererar hög energitäthet. Tillsammans med avancerade separatorer ger designen QuantumScape fördelar inom säkerhet och effektivitet. 

Den organiska separatorn har ersatts med en icke-brandfarlig och icke-brännbar fastfasseparator som ger ökad säkerhet. Samtidigt ökar elimineringen av grafit/kisel-anoden volymetriska och gravimetriska energitätheter.

QuantumScape hävdar att deras QS-teknik har en 844Wh/L energitäthet och 10C kontinuerlig urladdning. Dessutom tar det drygt 12 minuter (12.2 min) att ladda litiummetallbatteriet från 10–80 %.

Om tekniken skalas upp framgångsrikt kan den bli en standard för nästa generations elbilar såväl som andra energilagringslösningar. Världspremiären för tekniken denna månad markerar en stor milstolpe mot det målet, vilket kommer efter en rad prestationer.

Skalning av QSE-5: Från pilotlinjer till GWh-tillverkning

För att få QSE-5 ut i verkliga elbilar så snart som möjligt har QuantumScape och PowerCo samarbetat i tre år nu. Partnerskapet kombinerar QuantumScapes talang med PowerCos tillverkningsexpertis.

För bara några månader sedan utökade de två sitt strategiska partnerskap för att påskynda utvecklingen av QSE-5-batteriet, som för närvarande tillverkas på QuantumScapes pilotlinje i San Jose, vilket markerar ett stort steg framåt i industrialiseringen av SSB-teknik.

Detta var resultatet av en överenskommelse som de två slöt förra året, enligt vilken QuantumScape gav PowerCo en icke-exklusiv licens att massproducera solid state-tekniken. 

Det gör det möjligt för PowerCo att producera upp till 5 GWh QSE-5-baserade celler årligen utöver de tidigare överenskomna 40 GWh med möjlighet att utöka upp till 80 GWh, även för kunder utanför VW-gruppen. Den utökade kapaciteten är enligt uppgift tillräckligt för att utrusta ungefär en miljon elbilar med solid state-teknik per år. Avtalet ger företaget också rätt att licensiera viss framtida QS-teknik.

Som ett resultat kommer PowerCo att bidra med ytterligare 131 miljoner dollar under de kommande två åren i utbyte mot att QuantumScape prioriterar QSE-5-celler. Kapitalet kommer att hjälpa QS i skalning dess tillverkning och framställning leveranser av prototypceller i större volymer till batteriföretaget.

QS gjorde sina 24-lagers solid state-celler tillgängliga för Volkswagen Group för testning i december 2022. Året därpå rapporterade de att de överträffat prestandamålen under testningen. Tidigt förra året genomförde PowerCo även sina egna uthållighetstester på QS-celler och rapporterade "mycket uppmuntrande resultat".

Volkswagen-koncernens batteriavdelning bekräftade att QS solid-state-battericeller klarade över 1,000 95 laddningscykler med mer än XNUMX % kapacitetsbibehållning. 

Testerna genomfördes på PowerCos Salzgitter-batterilaboratorier i Tyskland. Testerna visade att en elbil med en WLTP-räckvidd på 500–600 km (311–373 miles) utrustad med QS-celler kan köra cirka 500,000 310,000 kilometer (mer än XNUMX XNUMX miles) utan att förlora räckvidd.

Med dessa imponerande resultat siktar Volkswagen på att bli "en global teknikdrivare inom bilindustrin", men det är fortfarande en lång väg att gå innan de kan kommersialisera en marknadsförbar lösning.

Det kan ta resten av decenniet trots de senaste lovande resultaten. Det beror på att Den första elmotorcykeln som presenterades på IAA Mobility modifierades omfattande med batterisystemet som är specifikt utformat för att passa behoven hos solid state-batterier, vilket gör att Ducati kan vara utrustad med upp till 980 QSE-5-celler.

Volkswagen är dock fast beslutna att genomföra detta och kommer att ta ”nästa steg mot serieproduktion”, säger Thomas Schmall, koncernstyrelseledamot med ansvar för teknik. Med Volkswagens enhetliga cellkoncept redan lämpligt för QS-celler kommer fokus nu att ligga på att förfina och skala upp tillverkningsprocesserna.

Schmall noterade att de med sin nya interna enhetliga cell ”har skapat den perfekta matchningen” eftersom den är ”solid state-klar” och möjliggör snabb tekniköverföring till företagets fordon, så snart solid state-batteriet är klart.”

Redo att göra sin debut i kommande små elbilar från VW, Cupra och Skoda, har den enhetliga cellen en energitäthet på cirka 660 Wh/l och en helt ny design där cellerna installeras direkt i paketet.

Vid evenemanget sa Volkswagen att den enhetliga cellen kommer att användas i upp till 80 % av sina egna elbilar i framtiden. Även om celltypen kommer att förbli densamma, kan cellkemin variera, vilket gör att den kan "utrustas med olika cellkemier från LFP och natriumjon till NMC och fastämnesmodeller". 

PowerCo och QuantumScape arbetar för närvarande med att integrera solid-state-teknik i enhetscellen och därmed i bilen. Samtidigt, en tävlingsklar motorcykel kommer att utvecklas för testning på tävlingsbanan. 

Den globala kapplöpningen mot SSB-genombrott

Volkswagen gör uppenbarligen stora framsteg i att leda tekniken för solid state-batterier, men de är inte ensamma i denna strävan. Denna vecka presenterade även Mercedes-Benz meddelade egna register.

En "lätt modifierad" Mercedes EQS utrustad med ett solid-state-batteri körde en sträcka på 1,205 748.7 km på en laddning. Efter att ha kört från Stuttgart i Tyskland till Malmö i Sverige hade den fortfarande 137 km räckvidd kvar. 

Detta nya rekord slog det tidigare rekordet som satts av Vision EQXX med tre kilometer. Vägtesterna har varit en del av företagets omfattande valideringsprogram för solid state-batteriteknik under verkliga förhållanden på allmänna vägar.

”Solid-state-batteriet är en verklig revolution för elektrisk mobilitet. Med EQS framgångsrika långdistanskörning visar vi att den här tekniken levererar inte bara i labbet utan även på vägen. Vårt mål är att serieproducera innovationer som denna i slutet av decenniet och erbjuda våra kunder en ny nivå av räckvidd och komfort.”

– Markus Schäfer, styrelseledamot i Mercedes-Benz Group AG, teknikchef, utveckling och upphandling

För sitt batteri försåg Factorial Energy företaget med litiummetallceller som är baserade om Faktoriell elektrolytsystemteknik.
Svep för att skrolla →

Ocuco-landskapet Porsche-delägt Det kroatiska företaget Rimac är ännu ett annat en att visa upp att SSB:er kan öka effekten, ta ner vikt, och lösa räckviddsproblemen som nuvarande batterier står inför. Det nya batteriet är utvecklad i samarbete med Mitsubishi Chemical Group och ProLogium.

Rimac presenterades på Münchens IAA Mobility 2025 och hävdar att deras SSB med påsar har en effekttäthet på 1,000 847 watt per pund, väger 95 pund och behåller över 20 % av sin energi vid -7 grader Celsius (-XNUMX F).

Bland annat som arbetar med att utveckla tekniken finns Toyota (TM + 0.59%), som först avslöjade världens första prototyp av en elbil som kördes på SSB år 2020, bara för att ett par år senare dela med sig av att en Toyota-hybrid har större chans att få en SSB än en elbil.

Det bäst säljande bilmärket världen över förväntar sig faktiskt att starta massproduktionen av sitt första solid-state-batteri år 2027–2028. Toyota hävdar att dess solid state-batteri kommer att ge en 20-procentig ökning av räckvidden och kunna laddas från 10-80 % på under 10 minuter.

Då finns det Honda (HMC + 0.6%), vars pilotproduktionslinje för solid state-batterier redan är igång. Biltillverkaren, som ligger i Sakura, Japan, har investerat cirka 43 miljarder yen, eller cirka 290 miljoner dollar, i anläggningen för att stödja utvecklingen av nästa generations elbilsbatterier. 

Dess solid state-celler, enligt Honda, skulle kunna potentiellt vara 25 % billigare, 35 % lättare och 50 % mindre än nuvarande litiumjonbatterier. Den japanska biltillverkaren siktar på att starta massproduktion av hel-solid-state-batterier (ASSB) under andra hälften av detta decennium.

$ 46.8 bln Börsvärde ford (F + 0%) är ännu en biltillverkare som är aktivt utvecklar fasta batterier. För sina SSB-insatser har Ford inlett ett samarbete med startupen Solid Power.

Företaget investerade första gången i Solid Power 2019 innan du gör en ytterligare aktieinvestering under 2021 till hjälpa påskynda teknikutvecklingen. I den investeringsrundan deltog även BMW Group och blev en lika stor delägare med Ford.

”Fastkroppsbatterier visar stort potential”, konstaterade biltillverkaren då och tillade, ”de kan också tillverkas med dagens litiumjonbatterilinjer, vilket gör det möjligt för Ford att återanvända cirka 70 procent av sina kapitalinvesteringar i litiumjonbatteritillverkningslinjer.”

Fords EV-partner SK On forskar också på tekniken tillsammans med ett antal koreanska universitet och institutioner. De utvecklar två typer av växelströmsstyrda elbilar (ASSB), en med en polymeroxidkomposit och den andra sulfidbaserad, och deras kommersiella prototyper förväntas inte förrän 2027 respektive 2029.

Det kinesiska teknikföretaget Huawei rapporterade under tiden ett genombrott, vilket Är baserad på en kvävedopad sulfid-SSB. Den kan nå energitätheter mellan 400 och 500 Wh/kg, vilket är två till tre gånger mer än konventionella litiumjonbatterier för elbilar.

Huaweis solid-state-batteri för elbilar lovar en räckvidd på upp till 3,000 1864 kilometer på en enda laddning. Dessutom har förmågan att vara helt uppladdad inom fem minuter.

Avslutande tankar

Solid state-batterier (SSB) lovar att revolutionera hur vi driver elfordon, konsumentelektronik och förnybara energisystem. Med sin högre energitäthet, snabbare laddningshastigheter, överlägsna säkerhetsprofil och längre livslängd är de en idealisk efterträdare till litiumjontekniken. 

Men trots miljarder dollar i investeringar från industrijättar kvarstår betydande hinder. Från att minska kostnader till att skala upp tillverkningen och säkerställa långsiktig tillförlitlighet på vägen fortsätter utmaningarna att bestå. Och det är därför solid state-celler fortfarande till stor del är i utvecklingsfasen, vilket kräver omfattande tester och validering innan de kan vara utplacerad i den verkliga världen i stor skala.

De senaste framstegen ger dock en lovande bild. QuantumScapes livedemonstrationer, PowerCos uthållighetstester och rekordstora långdistanskörningar från Mercedes-Benz signalerar att branschen äntligen närmar sig en övervinning av dessa hinder.

Så i takt med att partnerskap växer, pilotproduktionslinjer expanderar och innovativa designer fortsätter att dyka upp, ser solid state-batterier ut att vara redo att bli vanliga under detta decennium och öppna upp för en ny era av elektrisk mobilitet och hållbara energilösningar.

Klicka här för en lista över de bästa solid state-batterierna att hålla koll på.

Referenser:

1. Shang, R., Nelson, T., Nguyen, TV, Nelson, C., Antony, H., Abaoag, B., Ozkan, M., & Ozkan, CS (2025). En omfattande översikt av litiumbatterier i fast tillstånd: Snabbladdningsegenskaper och funktionell diagnostik. Journal of Power Sources, (Version of Record), published 12 June 2025. Received 26 February 2025; revised 21 April 2025; accepted 9 June 2025. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.235056