Зелёная Точка Старта

ЗЕЛЁНАЯ ТОЧКА СТАРТА

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОРТАЛ

Новый аккумулятор Tesla 4680 – революция или застой? Давайте подробно поговорим о новом аккумуляторе Tesla

Прошедшая презентация Tesla Battery Day вызвала неоднозначную реакцию. Кто-то желал увидеть нечто большее, кто-то не понимает, и не может сопоставить цифры характеристик нового аккумуляторного элемента, называя их противоречивыми, как минимум. Давайте разбираться.

Одна из цифр, которая вызвала непонимание, это показатель увеличения пробега на одной зарядке электрокара, укомплектованного новым элементом 4680. На презентации был показан слайд, где белом по чёрному было написано «range +16%». «Range» переводится в зависимости от смысла предложения как «диапазон», «дальность», «дистанция».
Всё так. Но этот показатель относился только к форм-фактору новой батареи. А в конце будут суммированы все показатели, и соответственно процент увеличения диапазона будет значительно больше.

Итак, про батарею было сказано, что она запасает в 5 раз больше энергии, увеличивает выходную мощность в 6 раз, а дальность на 16%. А также снижает стоимость батареи в долларах за киловатт-час на 14%. Что тут не так? Некоторым эти показатели кажутся странными и не логичными. Ну ладно, товарищи, одно дело теоретизировать, другое, сделать продукт «в железе». Сделайте — сравним!

В рамках проекта Tesla Roadrunner в Kato Road был построен новый собственный завод с новыми, пилотными производственными линиями по производству новых элементов 4680. После отработки всего технологического процесса его производственная мощность составит 10 ГВт*ч аккумуляторной продукции в год.

Tesla продолжает создавать вертикально интегрированную компанию, и собственное аккумуляторное производство является одной из важнейших частей этого процесса. Чтобы это сделать Tesla приобрела ранее крупных игроков на поле аккумуляторов и суперконденсаторов — Maxwell Technologies и Hibar Systems. И привлекла специалистов по производственному оборудованию из Grohmann Automation. То есть, надо понимать, что сейчас в аккумуляторном подразделении Tesla работают профессионалы, занимавшиеся этой темой десятилетиями, и развившие свои бизнесы до трансконтинентальных размахов. Теперь весь этот опыт работает на развитие Tesla. Но мало придумать новый элемент или форм-фактор, надо ещё и создать новый технологический процесс. Что и сделано на новом заводе.

Скажете, это не революционно?

Форм-фактор

Некоторые специалисты начали высчитывать показатели нового аккумулятора исходя только из его физических пропорций, сомневаясь, что, только увеличив его размер до диаметра 46 мм и высоты 80 мм можно добиться 5-кратного увеличения накопления энергии и 6-кратного увеличения мощности. И что так же вызвало споры, это то самое увеличение дальности действия на 16%.

Одним из результатов этих усилий является новый формат цилиндрических аккумуляторных элементов для стола 4680, который обеспечивает множество преимуществ в производительности, производстве и стоимости стола. Как следует из названия, новые jumbo-ячейки имеют диаметр 46 мм и высоту 80 мм.

Более крупный рулон с желе помещает больше активного материала батареи в корпус для 5-кратного увеличения накопления энергии и 6-кратного увеличения мощности. При увеличении размера пакета один только новый форм-фактор обеспечивает увеличение дальности действия на 16% — «range +16%».

Кстати, забегая вперёд. Надо понимать, что форм-фактор это только одна из составляющих аккумулятора. А улучшения идут во всех его элементах, и каждый из них даёт свой плюс в общую «копилку» увеличения диапазона.
Размер, конечно, имеет значение, но не только размер, но и внутренняя архитектура элемента и его состав. Элемент 4680 представляет собой фундаментальное переписывание истории аккумуляторных элементов в Tesla.

«На самом деле длина пути (электронов) в большой ячейке меньше, чем в ячейке меньшего размера (2170) с вкладками», — сказал Маск.

По словам Вице-президента Tesla по технологиям Дрю Баглино, в новом элементе важным элементом стало использование кремния — «новая химия и технология производства позволяет использовать в элементах более высокий процент кремния. В результате получается более дешёвая ячейка с большей ёмкостью…»

Новый взгляд на производство катодов.

Tesla подошла к производству катодов, что называется, с чистого листа, когда оптимизирован каждый шаг с целью минимизации отходов и затрат от руды до готового катода. И это было очень наглядно показано на презентации, чем отличается старая технология от новой. Это не только более рациональный подход, но и намного дешевле и приводит к меньшему количеству отходов.

Новые катоды Tesla с высоким содержанием никеля полностью исключают потребность в кобальте. С химической точки зрения, кобальт — отличный материал для катода, но с его производством и применением возникают серьёзные проблемы. Во-первых, кобальт токсичен. Чем меньше токсичных материалов придётся добывать, обрабатывать и использовать, тем лучше. К тому же сложно обеспечить устойчивый источник кобальта, поскольку значительный процент мировой добычи кобальта осуществляется в одной стране — Демократической Республике Конго. А это крайне не стабильный регион, и к тому же здесь есть значительные репутационные риски из-за способа добычи, при котором используется труд детей. Так что здесь есть вопросы, помимо химии, ещё и экономики, и этики.

Кобальт хорош для аккумуляторной батареи, но совсем не полезен для компании, стремящейся к 2030 году увеличить производство аккумуляторов до 3 ТВт*ч в год.

Отказ от кобальта в пользу катода с высоким содержанием никеля также снижает стоимость катода на 15% в расчете на киловатт-час. Это здорово — более низкая себестоимость аккумулятора позволит производить более доступные электромобили. Так же это позитивно сказывается последующем рециклинге батарей.

Работа над новым катодом привела к процессу, который снизил стоимость обработки катода на 76%. Всё это делается с использованием гораздо меньшего количества оборудования, что даёт 66% экономии капитальных затрат на производство самих катодов. В качестве «глазури на торте» новый процесс использует гораздо меньше воды, чем традиционный процесс. По факту, новый процесс приводит к безотходной воде. И это, кстати, значимый фактор для экологии. Ведь многие противники электромобилей продолжают твердить, что само производство экологически небезопасно. И как мы видим Илон Маск и Tesla создали новую технологию и новый производственный, экологически безопасный процесс.

Так же будет изменён логистический процесс, в сторону уменьшения затрат на транспортировку сырья.

Улучшенные тепловые характеристики

Усовершенствование, которое делает большую часть тяжелой работы, позволяющей использовать больший форм-фактор — это конструкция начинки. Удаление язычков (которые есть в рулонах элементов 2170 и более ранних) снижает внутреннее сопротивление внутри ячейки, вызванное дополнительным компонентом. Внутреннее сопротивление означает большее тепловыделение, более сложный производственный процесс и более высокую стоимость. В новой ячейке Tesla 4680 отсутствует внутренний язычок, вместо этого функция язычка интегрируется в сам рулон с желе, что обеспечивает чистый, однородный вид конца ячейки.

«Мы в основном взяли существующие рулоны, обработали их лазером и сделали десятки соединений в активном материале через спиральную черепицу. Отсутствие вкладки на каждой ячейке «устраняет тепловую проблему из уравнения и позволяет нам перейти к форм-фактору с наименьшей стоимостью и простейшему производственному процессу» — сказал вице-президент Tesla Дрю Баглино.

Теперь поняли откуда больше выходной мощности?

Сосредоточившись на тепловых преимуществах конструкции новой ячейки 4680 Tesla — новая конструкция позволяет ячейкам большего диаметра достигать тепловых характеристик, аналогичных характеристикам меньшей ячейки. Другими словами, они остаются такими же холодными, как меньшие элементы, что позволяет Tesla втиснуть больше энергии в тот же физический объём.

Ячейки с вкладками большего размера исторически изо всех сил пытались отводить тепло при очень высокой скорости зарядки. Новая ячейка Tesla нарушает эту тенденцию, заряжаясь почти так же быстро, как и меньшая ячейка, но при этом демонстрирует все преимущества более крупной ячейки. Tesla смогла взять лучшее из обоих «миров», полностью переосмыслив небольшой, но растущий мир производства аккумуляторов для автомобилей.

И что самое важное. Новая химия, структура элемента, решение вопросов перегрева — увеличивает его ресурс!

Я тебя слышу, но что мне с того?

Выше было много технического содержания. Большинство людей никогда не задумывается об этом. Батарейные элементы очень сложны, и последнее изменение Tesla фундаментального строительного блока электромобилей и систем хранения энергии может быть трудным для понимания. Давай упростим.

Новый аккумулятор Tesla 4680 представляет собой смену парадигмы автомобильного накопления энергии. Новые элементы намного дешевле и могут хранить гораздо больше энергии на единицу объёма. Они были переработаны как структурные элементы транспортного средства, в результате чего автомобиль стал более дешёвым и жёстким.

На Tesla Battery Day были представлены сотни, если не тысячи небольших улучшений, которые вносят поэтапные улучшения в фундаментальный строительный блок бизнеса Tesla — аккумуляторную батарею.

  • 14%-ное снижение стоимости кВт*ч благодаря изменению форм-фактора ячейки.
  • 18%-ное снижение затрат на кВт*ч в результате 10-кратного сокращения производственных площадей и 10-кратного сокращения потребления энергии при производстве.
  • Новый сухой производственный процесс позволяет прессовать активный порошковый материал аккумулятора непосредственно в пленку. Этот производственный процесс основан на запатентованном Maxwell Technologies технологии. Вот, кстати, и пригодилась покупка Maxwell Technologies. Процесс ещё не запущен в промышленные масштабы, но есть «чёткий путь» к крупномасштабному производству.
  • Снижение затрат на 1 кВт*ч на 5% за счёт увеличения использования кремния в элементах батареи.
  • Снижение затрат на 1 кВт*ч на 12% за счёт улучшения материала катода.
  • Снижение стоимости аккумуляторной батареи на 1 кВт*ч на 7% благодаря новой интегрированной конструкции автомобиля Tesla. Tesla модернизировала свои автомобили, используя новые передние и задние литые детали, которые интегрируются с аккумуляторной батареей. Чтобы добиться этого, Tesla разработала совершенно новый сплав, который позволяет отливать некоторые из самых крупных компонентов в автомобильной отрасли. Эти элементы кузова подключаются непосредственно к новой «структурной батарее», устраняя необходимость в дублирующих параллельных элементах в Tesla.

В целом, редизайн батареи Tesla, катода и рамы автомобиля привёл к ожидаемому улучшению показателей Tesla на киловатт-час на 56%.

И вернёмся к вопросу увеличения диапазона пробега на одной зарядке.

Итак…

  • Форм-фактор +16%
  • Новый анод +20%
  • Новый катод +4%
  • Новый формат интеграции автомобиль +14%
улучшения в процентах по каждому пункту

Итого инновации связанные с новым аккумулятором дадут +54% к существующему среднему диапазону.

Это изменит правила игры для Tesla и позволит создать совершенно новое поколение недорогих электромобилей. Всё начинается со скромной аккумуляторной батареи. Tesla добилась значительного прогресса в переосмыслении аккумуляторных элементов и уверенно запускает новые элементы в производство. На всё описанное выше, чтобы довести это до уровня безостановочного конвейера, компании потребуется 18 месяцев.

P.S.

И отвечая на поставленный в заголовке вопрос, можно со всей определённостью сказать, что это определённо Революция.
Революция не только в самом аккумуляторе, а в целом в подходе к производству и проектировании.

Из состоявшейся презентации Tesla можно сделать 6 главных выводов

По форме

Сама презентация для многих показалась скучной, в то время как она была чрезвычайно информативной и детальной. Но многим, у кого нет технических знаний, хотелось больше экшена, наверно.

По факту

1. Святой Грааль аккумуляторных технологий — стоимость менее 100 $ за киловатт-час — будет достигнут и готов к производству менее чем за три года.  Это означает значительное снижение стоимости автомобиля и реальную вероятность того, что через три года Tesla представит электромобиль за 25 000 $.

2.  Технические прорывы и улучшения, представленные во время презентации Tesla Battery Day, означают скорый и неминуемый отказ большей части мировой автомобильной индустрии от ДВС и ископаемого топлива. Середина 20-х годов станет поворотной, «Рубиконом», после которого пути назад уже не будет. И никакие лоббистские компании отдельных концернов или государств уже не смогут изменить ничего.
Если Tesla сможет достичь (а вполне вероятно, что это будет) объёмов производства аккумуляторов в 3 ТВт*ч в течение следующего десятилетия, весь облик системы автомобильной и энергетической отраслей будет преобразован.

3.  Новая парадигма, которую Tesla использует для создания «машины, которая строит машину», является новаторской и представляет собой существенное улучшение, которое увеличит производственные мощности и снизит производственные затраты.  Tesla использовала вертикальную интеграцию, избегая субоптимизации и делая весь производственный процесс более эффективным. Эта парадигма послужит хорошим предзнаменованием для способности Tesla производить автомобили и грузовики в больших объемах. Капитальные вложения в производственные мощности (строительство собственных заводов) будут менее затратными, чем предполагалось изначально, что сделает компанию более прибыльной.

4.  Tesla вновь рванула вперёд, оставляя позади себя больший «ров», который позволит ей сдерживать даже самых способных конкурентов. К примеру, Фольксваген только сейчас начинает выходить на траекторию конкуренции с Tesla. Но по факту получается, что немцы будут конкурировать с Tesla сегодняшнего и вчерашнего дня, в то время как Илон Маск и его компания уже прыгнули в будущее.
Аккумуляторы являются ключевым элементом для электромобилей большой дальности, высокопроизводительных и недорогих электромобилей. Судя по тому, что мы видели, нет другой компании, которая даже близко подошла бы к технологии аккумуляторов, анонсированной во время Battery Day.

5. Tesla и Илон Маск больше заботятся о том, что действительно имеет значение — базовой технологической инфраструктуре для создания электромобилей, чем о внешних «шиках». Главное внутренняя суть! Для долгосрочного успеха именно это действительно важно — техническая инфраструктура и инновационные разработки.

6.  Tesla не останавливается на достигнутом. Пока мы все наблюдали за строительством новых заводов компании, они работали над созданием нового технологического уклада. Они работают над тем, чтобы отказаться от существующих методов и подходов к проектированию и производству электромобилей, заменив их новыми и лучшими идеями.

Илон Маск, его коллеги находятся в постоянном процессе генерации и реализации новых технических идей. Мы видим Tesla, видим SpaceX. Мы видим их неустанное стремление к улучшениям.

Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial
%d такие блоггеры, как: