Chyba najbardziej doniosłą informacją przekazaną podczas Battery Day była opowieść o nowych ogniwach 4680. Z prezentacji wynika, że nie są jeszcze nigdzie stosowane ani nawet masowo wytwarzane, a trafią dopiero do Semi, Cybertrucka i Tesli Roadster, gdy linie produkcyjne się rozpędzą. Czyli najwcześniej za rok.
Nowe ogniwa Li-ion Tesli – firma Muska po raz pierwszy jako producent, a nie tylko odbiorca
Spis treści
Nowe ogniwa oznaczają, że Tesla po raz pierwszy w historii nie tylko kupuje ogniwa od Panasonika, LG Chem czy CATL, ale ma na tym rynku swój własny produkt. To znaczy, że wkrótce zacznie się pojawiać w rankingach producentów ogniw obok swoich dostawców. Mimo tego Musk zapowiada, że wcale nie ma zamiaru zrywać współpracy z zewnętrznymi firmami, bo potrzeby Tesli są większe niż możliwości.
Nowe ogniwa mają kształt walców o średnicy 46 milimetrów i wysokości 80 milimetrów, 4680. Według przedstawicieli Tesli to optymalna średnica do zastosowania w baterii. Dzięki większej objętości są w stanie przechować 5x więcej energii niż ogniwo 2170, a nowy format pozwala na wygospodarowanie +16 procent zasięgu z akumulatora bez zmiany jego wielkości [w domyśle: w stosunku do identycznego akumulatora opartego na ogniwach 2170].
Podkreślmy: na razie mówimy o zysku wynikającym wyłącznie ze zmiany rozmiarów ogniwa.
Znajdujący się we wnętrzu rulon z katodą+elektrolitem+anodą nie zawiera dodatkowej zakładki odprowadzającej ładunek (ang. tabless cell), co pozwala na lepsze zagospodarowanie przestrzeni we wnętrzu. Oraz nie powoduje ograniczeń przy ładowaniu dużymi mocami, dzięki czemu czas wymagany na szybkie ładowanie wydłuża się tylko nieznacznie.
Całość powstaje w suchym procesie opracowanym przez Maxwella. Bez rozpuszczalników.
Zastosowana we wnętrzu anoda jest krzemowa, podczas gdy współcześnie stosuje się anody grafitowe. Dotychczas krzem stanowił problem, ponieważ w trakcie pracy zwiększał objętość 2-3-krotnie, czyli puchł i niszczył wewnętrzne struktury ogniwa Li-ion. Usiłowano go stabilizować na różne sposoby, na przykład:
- blokując struktury krzemu w zeszklonej krzemionce (6,6 dol/kWh),
- łącząc krzem z grafitem (10,2 dol./kWh),
- otaczając krzem nanorurkami uniemożliwiającymi puchnięcie (powyżej 100 dol./kWh).
Tesla ma swój własny sposób: metaliczny krzem ustabilizowano bliżej nieokreślonym polimerem, który znajduje się w zewnętrznej warstwie. Sposób jest bardzo tani, kosztuje 1,2 dolara za kWh anody.
Sam krzem jest w stanie przechować nawet 9 razy większy (!) ładunek niż grafit. Na poziomie samochodu zastosowanie go zamiast grafitu daje wzrost zasięgu o 20 procent. Być może jest to kwestia troski o strukturę całego ogniwa.
Nowe ogniwa nie są jeszcze nigdzie stosowane (patrz też niżej). Nie jest jasne, czy trafią do nowych Tesli Model 3/Y, w tym na przykład aut zjeżdżających z Giga Berlin. Wydaje nam się, że powstały z myślą o pojazdach, które potrzebują dużych pojemności: Tesli Semi, Cybertrucku, Roadsterze. Bez nich masowa produkcja dużych baterii byłaby nieopłacalna, co stawiałoby pod znakiem zapytania dotychczasowe zapowiedzi.
Gdy się pojawią, powinny oferować 0,4 kWh/kg, podczas gdy najlepsze współczesne ogniwa to około 0,3 kWh/kg. Ano właśnie, „gdy się pojawią”:
Kiedy produkcja?
I tutaj zaczynają się schody. Zaprezentowane ogniwa nie są jeszcze gotowe, pracuje nad nimi 4. generacja maszyn, a masową produkcję uda się zrealizować przy 6-7. generacji automatów.
Za rok firma chciałaby osiągnąć 10 GWh w pilotażowej fabryce, ale to nadal tylko pilotaż. Zwróćmy uwagę, że mówimy o roku 2021 i 10 GWh ogniw Li-ion, podczas gdy na początku 2019 roku Musk skarżył się na Panasonika, że osiągnął wydajność „zaledwie” 24 GWh rocznie. Miało to spowalniać produkcję Tesli Model 3:
> Produkcja Tesli 3 ograniczona przez wydajność fabryki baterii. Tylko 24 GWh / rok
Słowem: w 2021 roku rewolucji nie będzie.
Ma ona przyjść dopiero w roku 2022, gdy Tesla chce produkować 100 GWh ogniw rocznie. Do 2030 roku planowana wydajność wyniesie 3 000 GWh, czyli 3 TWh ogniw. Jeśli założyć, że średnia pojemność baterii w samochodzie Tesli wynosi 84 kWh, to 3 000 GWh ogniw wystarczą na wyprodukowanie 35,7 miliona (!) aut osobowych.
Oczywiście te proporcje mogą ulec zmienia, gdy na rynek wejdą Semi i Cybertruck, które potrzebują akumulatorów o znacznie wyższych pojemnościach niż Tesla Model 3 czy S.
