Nuevas baterías 4680 de Tesla, 54 % más autonomía y 56% más baratas

Tesla ha presentado unas nuevas baterías que prometen aumentar la autonomía un 54%, bajar el coste por kWh un 56%, y una inversión por GWh un 69% menor. Para poder conseguirlo han realizado las siguientes mejoras en el proceso de fabricación. No obstante, estas nuevas características no se empezarán a integrar en los vehículos de manera inmediata. Los primeros avances llegarán en unos 12-18 meses y se completará el proceso en 3 años.

CELDAS

Las celdas incrementan su tamaño de los actuales 21700 a los nuevos 4680. Esto significa que cada celda mide 46 mm de grosor y 80 mm de alto. Aunque las celdas más grandes tienen más ventajas en la teoría, no se usaban hasta ahora porque hacía más lenta la carga rápida al recalentarse la celda. Tesla lo ha solventado cambiando el método de fabricación de la celda con un diseño tabless (sin lengüeta), que permite que los electrones se muevan con menor resistencia. Estas celdas también contienen electrolito seco (tecnología de Maxwell). Se trata de un electrolito como el que se empleaba hasta ahora, pero que en vez de estar líquido, se seca y se prensa hasta que queda en forma de pasta (no confundir con electrolito sólido). Estas celdas permiten obtener 5 veces más energía, 6 veces más potencia, 16% más autonomía y 14% menor coste.

ÁNODO

El nuevo ánodo contiene silicio metalúrgico en bruto en vez de grafito. A este nuevo material lo denominan Tesla Silicon. Este cambio mejora un 20% la autonomía. Como el silicio es uno de los materiales más abundantes de la tierra, el coste de producir el ánodo se reduce de los 6 o 10 $/kWh (depende del material anterior) a tan solo 1,2 $/kWh.

CÁTODO

El cátodo prescinde totalmente del cobalto, que es sustituido por acero. Esto permite reducir el precio de las baterías en un 12% y mejorar los derechos humanos. La proporción de níquel y manganeso aumenta respecto a las anteriores baterías (el porcentaje de níquel varía según el tipo de vehículo).

ESTRUCTURA

La batería se fabricará sin módulos y las celdas serán parte de la propia estructura del vehículo. La plataforma se fabricará únicamente en 3 piezas. Para finales de 2020, Tesla ya fabricará el bastidor trasero del Model Y de Fremont a partir de un único bloque de aluminio (frente a las 70 piezas de acero soldadas del Model 3), mientras que en 2021 también se empleará este mismo proceso para producir el bastidor delantero del Model Y de Giga Berlín. El bastidor central se "fusionará" con el pack de baterías. Esta solución la denominan como "batería estructural", pues la propia estructura del vehículo servirá como carcasa de la batería. Estas mejoras permiten un 10% menos de peso, un incremento del 14% de la autonomía, una reducción de 370 piezas, y la mayor rigidez estructural jamás vista en un coche de calle. Quizás esto tenga el inconveniente de ser más complicado de reemplazar las celdas dañadas.

Los asientos van a ir directamente instalados sobre el paquete de baterías.

REFRIGERACIÓN

Las celdas 2170 emplean un serpentín lleno de líquido que recorre toda la batería eliminando el calor desde las dos caras cilíndricas de las celdas. Este sistema consume espacio dentro del paquete, lo que limita su eficiencia volumétrica y reduce el material activo que se puede incluir en ella. A medida que aumenta el diámetro de la celda, el calor generado en su interior se eleva mucho más rápido de lo que lo hace el área de la superficie de la base del cilindro, por lo que la capacidad para eliminarlo a través de los laterales se reduce. Por lo tanto, los actuales sistemas de refrigeración no sirven para el nuevo diseño y era necesario reinventar todo el proceso.

El nuevo diseño tabless de las celdas 4680, cambia la pestaña conectora única que une los electrodos con la carcasa por múltiples pestañas internas, con lo que facilita el desplazamiento de los electrones. Los propios electrodos son placas de enfriamiento perfectas, que permiten extraer el calor del centro de la celda y sacarlo fuera por la parte superior e inferior. La reducción de la resistencia interna funciona como un sistema de refrigeración integrado en el propio cuerpo de la batería, prescindiendo de los habituales serpentines que la recorren. Esta característica permite que sea posible eliminar los módulos en los que estas se agrupan dentro de la batería y que estas se enfríen solas. Al no necesitar estar separadas por módulos, se colocan directamente las celdas en el marco de aluminio fundido de la batería. Esto reduce el volumen, el peso y el precio.

También hay una característica más, en lugar de un relleno que funciona como un retardante de llama, que es lo que se pone en los paquetes de baterías del Model 3 y del Model Y, el nuevo relleno es también un adhesivo estructural que se une eficazmente a la cara superior e inferior, que permite hacer una transferencia de cizallamiento entre los laterales superior e inferior.

RECICLAJE

Se ha incrementado el porcentaje de reciclaje de los materiales para una mayor sostenibilidad. El sistema de reciclaje de baterías de Tesla logra recuperar el 92% de las materias primas, y puede mejorar el porcentaje con el paso del tiempo.