Las nuevas baterías Tabless de Tesla desbloquean nuevos niveles de rendimiento

Telsa es uno de los mayores compradores de baterías del mundo a través de sus asociaciones con fabricantes como Panasonic, LG y CATL. Es poco probable que su hambre interminable de más celdas se satisfaga en el corto plazo, ya que la demanda de automóviles eléctricos y almacenamiento de energía continúa aumentando.

Como se anunció en su discurso de apertura del Día de la batería, Tesla ha estado trabajando arduamente en una amplia gama de proyectos para llevar la tecnología de baterías al siguiente nivel con el fin de alcanzar su objetivo de producción anual de 3 TWh para 2030. Uno de los aspectos más interesantes de esto fue el anuncio de la nueva batería Tabless 4680 de Tesla, que será fabricada por la propia compañía. Echemos un vistazo a lo que hace que el 4680 sea tan emocionante y por qué jugar sin mesas es tan importante.

Tesla es algo único entre los fabricantes de automóviles eléctricos en el sentido de que se han apegado resueltamente al uso de celdas cilíndricas en sus paquetes de baterías, mientras que otros fabricantes han utilizado en gran medida diseños prismáticos. Comenzando con el venerable 18650, popular entre los fabricantes de computadoras portátiles y constructores de linternas, Tesla luego pasó a usar baterías 21700 más grandes, con un factor de forma más grande, lo que significa que cada celda tenía una mayor capacidad. Para construir estas celdas, se colocan láminas largas y delgadas de material de ánodo y cátodo una encima de la otra con un material separador en el medio, y luego se enrollan en un "rollo de gelatina" para encajar dentro del cuerpo cilíndrico. El ánodo y el cátodo tienen cada uno una pequeña lengüeta, generalmente en el centro de las láminas enrolladas, que pasan energía a los terminales en la carcasa exterior de la batería.

Estas pequeñas pestañas retienen las células cilíndricas de muchas maneras. Actúan como un cuello de botella para la corriente que entra y sale de la celda, ya que a pesar de la enorme área del ánodo y el cátodo, toda la corriente que entra y sale de la batería debe pasar por un par de pestañas de unos pocos milímetros de ancho. Los electrones de las áreas exteriores de la gelatina deben viajar una distancia significativa para llegar a la terminal de la celda, con una longitud de camino eléctrico de hasta 250 mm en 21700 celdas. Esta mayor longitud de camino significa más resistencia, con un efecto correspondiente en el rendimiento térmico. Además, las lengüetas frustran los esfuerzos para producir efectivamente láminas de ánodo y cátodo a gran velocidad, y la maquinaria de producción tiene que parar y arrancar repetidamente para lidiar con las características que sobresalen.

Anteriormente, Tesla había logrado mejoras en el rendimiento al cambiar de 18650 celdas al diseño más grande de 21700, pero los esfuerzos para aumentar aún más el tamaño de la celda chocaron contra una pared de ladrillos. Si bien las celdas más grandes pueden almacenar más energía y generar ahorros en los costos de producción, los problemas térmicos significaron que los tiempos de carga y las tasas de descarga se verían afectados negativamente. Las celdas más grandes significaban longitudes de ruta más largas, y la mayor resistencia significaba menos potencia de salida por celda y una carga más lenta. Incluso con la tecnología de carga rápida de Tesla, muchos aún consideran que los autos eléctricos se cargan demasiado lentamente, por lo que no valía la pena hacer esta compensación.

Introduzca baterías "tabless". En lugar de tener una pequeña pestaña de batería unida al ánodo y al cátodo respectivamente, todas las láminas del ánodo y el cátodo están modeladas con láser y procesadas para tener lo que son esencialmente muchas pestañas diminutas a lo largo de su longitud. Reemplaza el paso de adjuntar manualmente pestañas separadas más adelante en el proceso de fabricación.

Cuando el ánodo, el cátodo y el separador se enrollan juntos, estas muchas pestañas más pequeñas se aplanan para formar una "espiral de tejas", creando un área de contacto mucho más grande entre el material activo de la batería y la carcasa. Esto significa que la longitud del camino para que viajen los electrones se reduce mucho; Tesla cotiza una reducción de hasta 5 veces en comparación con los diseños anteriores. Esto se debe al hecho de que los electrones ahora pueden moverse directamente hacia el terminal de la batería, en lugar de tener que tomar un camino más indirecto hacia el centro de la hoja primero para llegar a la conexión de una sola lengüeta.

El resultado final es la celda 4680, llamada así por su diámetro de 46 mm y su longitud de 80 mm. Esta es una desviación de la nomenclatura de cinco dígitos, pero nadie en Tesla pudo entender por qué las celdas 18650 tienen el cero final, por lo que la compañía lo eliminó en la designación de la nueva celda. Se afirma que las nuevas celdas contienen 5 veces más energía que los diseños anteriores debido a su mayor tamaño. Aún mejor, Tesla afirma que puede entregar hasta 6 veces la potencia, debido a la longitud reducida de la ruta eléctrica de la construcción sin mesa, lo que permite un mejor rendimiento térmico. Las estimaciones son que el cambio a 4680 celdas en los paquetes automotrices de Tesla podría resultar en una ganancia de alcance de hasta un 16%, un número impresionante dadas las cifras ya impresionantes del fabricante de automóviles en esta área. Por ejemplo, el próximo Model S Plaid afirma tener un alcance de 520 millas usando las 4680 celdas.

El nuevo diseño también trae beneficios de producción. Al modelar con láser el ánodo y el cátodo para una conexión directa, en lugar de unir lengüetas separadas, los materiales se pueden manejar a través del procesamiento continuo de rollos, similar a las técnicas en la producción de papel. Esto promete enormes ganancias en la velocidad de producción, con maquinaria capaz de moverse a altas velocidades continuas en lugar de tener que acelerar y desacelerar continuamente para unir las pestañas a cada hoja de ánodo y cátodo. Los objetivos de Tesla de producir más baterías para satisfacer la demanda no se pueden lograr en la práctica con las técnicas de producción actuales, por lo que las mejoras en el procesamiento y la velocidad de producción son clave para resolver este problema. Esto también conducirá a reducciones en el costo, que es una parte importante del esfuerzo de la compañía para producir un vehículo eléctrico más accesible al precio de $25,000.

Estas nuevas celdas, con su mayor densidad de energía y alta potencia de salida, atraerían a un enorme mercado de piratas informáticos y fabricantes. Sin embargo, el tema continuo a lo largo del discurso de apertura de Tesla fue que simplemente no pueden obtener suficientes baterías para satisfacer sus necesidades tal como están. Sospechamos que pasarán varios años antes de que las baterías sin mesa lleguen al mercado abierto, ya que Tesla mantiene todo su suministro para su propio uso interno. Es probable que otros fabricantes se esfuercen por desarrollar una tecnología similar debido a las ganancias que se ofrecen, pero esto llevará tiempo y, mientras tanto, las personas que deseen las mejores celdas cilíndricas tendrán que esperar a que aparezcan nuevos Tesla en sus desguaces locales.

El anuncio de la tecnología Tabless fue solo una parte de los anuncios del Día de la batería de Tesla. Se está trabajando para lograr avances en otras áreas, como la química del ánodo y el cátodo, y las técnicas de producción, a fin de cumplir con los elevados objetivos de la compañía de aumentar la producción de baterías para satisfacer la demanda mundial. Si el transporte eléctrico y el almacenamiento en la red Powerwall van a cambiar realmente el mundo, proyectos como estos tendrán que dar sus frutos; de lo contrario, ¡simplemente no tendremos las baterías para poner en los automóviles!