Четверг, 30 июня, 2022

Мы считаем, что мир 2051 — это мир без войны.

4680: новое поколение аккумуляторных батарей Tesla

Время на чтение 5 мин.

Все производители электромобилей пытаются решить главную задачу: сделать батарею, которая позволит электромобилям ехать дольше и дальше, заряжаться быстрее, а стоить намного дешевле. Бесспорным лидером этой области бесспорно является Tesla, правда, предложить бюджетный автомобиль компания пока не может. И именно аккумуляторные батареи, по мнению Илона Маска, — тот самый ключ к массовому рынку. Каким будет следующее поколение аккумуляторов? И неужели, наконец сделав электромобиль доступным каждому, Tesla забьет последний гвоздь в крышку гроба ДВС?

Зачем Tesla нужен новый тип батарей?

Илон Маск выстраивает свой бизнес по принципу вертикальной интеграции. Добиваясь максимальной независимости от сторонних поставщиков, он по-максимуму концентрирует все производство в одних руках. Но вот в области производства литий-ионных аккумуляторов есть сложность: Tesla зависит от поставок Panasonic. Маск не раз выражал недовольство в адрес японского промышленного гиганта, срывавшего сроки и вносившего корректировки в реализацию планов Tesla.

Потому наладить собственное производство аккумуляторных батарей для Илона Маска — важнейший шаг в развитии его бизнеса. Тем более, что в команде Tesla есть настоящий  гуру литий-ионных технологий, профессор физики Джефф Дан. Он обещает сделать аккумулятор гораздо более эффективным и дешевым. Что, несомненно, очень актуально на пути к «электромобилю для всех».

4680: новое поколение аккумуляторных батарей Tesla
Джефф Дан. Фото: cbc.ca

Какие шаги на пути к «народному» электромобилю предпринимает Tesla?

Первое. 

В компании создали новую конструкцию батареи. Цилиндрический элемент нового формата 4680 (46 мм — диаметр, 80 мм — высота) использует запатентованную Tesla ширококонтактную конструкцию. У нее более низкие значения внутреннего сопротивления, поскольку ток подается через широкий контакт по всему краю полоски электрода. Инженеры Tesla сделали «лазерную гравировку» на катодной фольге в ячейке, чтобы создать «спираль с черепицей». Это позволило сократить прохождение заряда до 50 мм (в обычных ячейках — 250 мм).

Благодаря новой конструкции батареи пробег на одном заряде увеличится на 16%, а стоимость хранения киловатт-часа уменьшится на 14%.

4680: новое поколение аккумуляторных батарей Tesla
Аккумулятор Tesla. Фото: habr.com

Второе.

Нынешний процесс производства аккумуляторных элементов неэффективен: он трудоемкий, долгий, производственные мощности занимают большую площадь заводов. Выглядит это так. Для изготовления электродов материал дробится до состояния порошка и растворяется либо в воде, либо в растворителе. После нанесения раствора на подложку аноды и катоды долго сушатся в гигантских электропечах и затем проходят финальную обработку. Но инженеры Tesla нашли возможность снизить стоимость производства электродов на 76% и избежать использования воды. Для этого в компании приняли решение использовать технологию, разработанную компанией Maxwell Technologies. И если в двух словах передать суть, то это — «сухой» способ производства анодов и катодов, без применения растворителя.

Третье.

В обычных литий-ионных аккумуляторах отрицательные электроды (аноды) изготавливают из углеродных (графитоподобных) материалов. Инженеры Тесла предлагают пересмотреть использование этого материала и заменить его кремнием, что позволит увеличить запас хода на 20%. А учитывая, что кремний — один из наиболее распространенных элементов в земной коре, перспективы использования этого материала очевидны.

Четвертое.

Tesla откажется от использования кобальта. Это самый дорогостоящий компонент в современных аккумуляторах электромобилей. К тому же он оказывает негативное влияние на окружающую среду, а его добыча токсична для человека. Tesla рассматривает три варианта замены: литий-железо-фосфатный, никель-марганцевый и никелевый катоды, которые позволят сделать батарею наиболее энергоемкой.

Более того, Tesla планирует добывать литий самостоятельно. А вместо традиционного для производства этого металла использования больших объемов воды и выпаривания компания предполагает извлекать литий с помощью нового процесса с использованием поваренной соли. По словам Маска, это обеспечит низкие затраты и минимальную нагрузку на окружающую среду. К слову, предприниматель считает, что только в глинистой почве Невады лития столько, что каждый автомобиль на земле может быть электрическим.

Пятое.

Компания интегрирует батарею в конструкцию кузова автомобиля. Так, как, например, это сделали с топливными баками самолетов, которые стали естественным элементом крыльев.

Если аккумулятор будет одним целым с машиной, это уменьшит вес авто на 10%, увеличит запас хода до 14% и уменьшит количество деталей на 370, что снизит текущие производственные затраты и упростит сам процесс.

В перспективе производством элементов нового поколения будут заниматься множество заводов во всём мире. Но пока Маск строит пилотную производственную линию на своём заводе в США во Фремонте, штат Калифорния, и к полномасштабному выпуску новых элементов приступит не раньше, чем через два-три года.

4680: новое поколение аккумуляторных батарей Tesla
Завод Tesla во Фремонте. Фото: teslapronews.ru

Что в итоге?

В сумме все представленные выше шаги позволят на 54 % увеличить пробег электромобилей, снизят стоимость хранения одного ГВт·ч на 56 % и уменьшат инвестиции в производство одного ГВт·ч батарей на 69 %. Похоже, тот самый заветный «народный» электромобиль может стать реальностью. Правда, сколько времени уйдет на реализацию всех этих планов, сложно предсказать. 

А что об этом думаете вы? Сможет ли появление доступного электромобиля убедить вас отказаться от двигателя внутреннего сгорания?