Вторник, 29 ноября, 2022

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?

Другие статьи

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь

Enter Captcha Here : *

Reload Image