A Tesla Akkumulátornapja
Előremutató technológiákról és csodaakkumulátorokról mindennap hallani, aztán mindig kiderül, hogy évekre vannak a tömeggyártástól, lásd a QuantumScape teljesen szilárd vagy a Nio hibrid elektrolitos fejlesztését. A cellák pedig most kellenek, méghozzá csillió számra és olcsón, és a Tesla épp ezért kezdte 2015-ben megépíteni a nevadai Gigafactoryt a Panasonic részvételével – hogy aztán 40%-os kiépítésnél megálljanak. Egyfelől azért, mert a partner egyszerűen nem tudta exponenciálisan növelni az éves akkutermelést, másfelől azért, mert sikerült a gyártósorokat hatékonyabbá tenni. A Panasonic az energiatárolókba lítium-nikkel-mangán-kobalt (NMC, LiNiMnCoO2), a villanyautókba pedig lítium-nikkel-kobalt-alumínium katódos cellákat gyárt (NCA, LiNiCoAlO2), alulról közelítve a 300 Wh/kg cellaszintű energiasűrűséget és felülről a 100 dolláros árat. Ezzel a fremonti gyárat kiszolgálja, ám munkába állt a sanghaji, és érkezik a brandenburgi meg a texasi, úgyhogy bekapcsolódott a Tesla ellátásába az LG Chem lítium-nikkel-mangán-kobalt-alumínium celláival (NMCA, LiNiMnCoAlO2), a CATL meg a jelzett LFP-vel.
Hagyományos 2170-es cella (jobbra) a kövérebb 4680 ellenében (forrás: The Limiting Factor) [+]
Ám a Tesla terveihez ez is kevés, és a 2020 őszén megtartott akkumulátornap tulajdonképp nem elektrokémiai áttörésekről, hanem az új formátumú, 46 mm átmérőjű és 80 mm magas, hengercella gyártósori bevezetéséről szólt. Nagyobb cellát olcsóbb gyártani, a nagyobb űrtartalom pedig nagyobb energiatárolást tesz lehetővé – a Tesla csak az új formátumtól 16%-os hatótáv növekedést vár. A 4680-as cella viszont jóval hosszabb tekercsből áll, és ha az elektronoknak ezen végigrobogva kellene egy apró fülön át távozni, megnőne az útjuk, vele pedig a cella ellenállása, hőtermelése és elhasználódása. Úgyhogy fogta Musk csapata, és kihajította a hegesztés miatt a cellagyártást egyébként is megakasztó fület, pontosabban a tekercs teljes széle azzá vált, összetekerve sziromszerű formát alkotva. Így az elektronok sokkal több helyen és rövidebb úton távozhatnak a cellából, csökkentve a belső ellenállást és a hőtermelést, megnyitva az utat a hosszabb élettartam és a problémamentes gyorstöltés előtt.
A 4680-as cella felülről, sziromszerűen egymásra hajló fülekkel (forrás: Tesla) [+]
Musk szerint bármely termék tömeggyártása százszorta komplexebb feladat a tervezésnél és prototípus építésnél, az akkugyártást megreformálni pedig még kockázatosabb, a vállalat épp ezért vásárolt be erre specializálódott szakcégekből (Maxwell Technologies, Grohmann Automation, Hibar Systems, SilLion Inc.), hogy topkategóriás mérnökökkel kitaláljon olyasmit, ami korábban nem létezett. Az eredmény a hagyományos, lassú, helyigényes és környezetszennyező gyártást váltó, palackozóüzemekre jellemző, folyamatos gyártósorok megalkotása lett, és ha a Kato Road-i prototípusgyár akkusorait rövidtávon sikerül a kihozatal és sebesség oldaláról optimalizálni, hétszer gyorsabban állíthatnak elő egységnyi kapacitást – 20 GWh-t soronként! Egy időben ennyiért a teljes nevadai gigagyár felelt.
Száraz elektródatermelés, minimális helyigénnyel (forrás: Tesla) [+]
A Tesla már bele is tervezte akkuüzemét a berlini és texasi Gigagyárba, és a Panasonicnak is engedi a 4680-as formátum használatát. A Maxwell technológiájával az elektródagyártás is leegyszerűsödik: a hatalmas méretű, nagy kibocsátással és hőtermeléssel járó wet slurry eljárást szárazanyagú elektródaburkolás váltja (dry battery electrode), töredék helyigénnyel, szennyező kemikáliák és a melegítés/szárítás kispórolásával. Az anód/katód fóliájához ugyanis porállagban adják hozzá az elektróda anyagát, melynek egyenletesebb eloszlásával ráadásul könnyebben mozoghatnak az ionok, csökken a cella belső ellenállása, javítva az energiasűrűségen és jó eséllyel az élettartamon.
Nyers szilícium burkolása elasztikus polimer réteggel és kötőanyaggal (forrás: Tesla) [+]
A Tesla az anód összetételével is variál, a grafit kárára növelve a jóval olcsóbb és több lítiumion tárolására alkalmas szilíciumtartalmat, további 20% hatótávot nyerve. Igaz: a szilícium térfogata komoly mértékben nő ionok befogadásakor, melyre rugalmas és jól vezető polimerburkolattal és kötőanyaggal kívánnak gyógyírt találni – ez talán a 4680 cella legkomplexebb mérnöki problémája. A márka az elemzők szerint ezért óvatosan fogja a szilícium arányát növelni, talán 20-30% környékén indítva, ha pedig a komplex elektrokémiai problémákat megoldják, akkor a dologból a gyorstöltés és az energiasűrűség tovább profitálhat. A Tesla anód a vállalat összes katódvariációjával kompatibilis: a vas-foszfát alapút, rendkívül hosszú élettartammal az önvezető taxikba, az olcsóbb modellekbe és az ipari energiatárolókba szánják. A nikkelt és mangánt kombináló katód ideális a háztartási energiatárolók és a nagy teljesítményű járművek esetében, kellő hatótávot biztosítva. Végül a nagy nikkeltartalmú katód a tömeg szempontjából kényes járművekben, így a Cybertruckban és a Semi kamionokban köt majd ki a cellák csúcsteljesítménye miatt.
A katódfajták felhasználási területei – keresd a képen a leleplezés előtt álló, 25 ezer dolláros belépőmodellt! (forrás: Tesla) [+]
A katódot, ahol lehet, a Tesla kívánja gyártani (először Texasban), még 4% hatótávot nyerve, helyi forrásból szerezve a nyersanyagot (USA: Piedmont Lithium, Kína: Yahua, tippek Európára: Cinovec), sőt: egy nevadai salaklelőhelyet megkaparintva maga is megpróbál majd környezettudatosan termelni, konyhasóval kioldva a lítiumot, amit pár szakértő azért megmosolygott. Hosszú persze az út a Tesla cellahálózatának teljes kiépítéséig, 2025-re mindenesetre 50 dollár környékére eshet a kilowattóránkénti ár, és ebből egy másik újítás is kiveszi a részét: a strukturális akkubeépítés (structural battery). Az EV-k telepét általában a masszív padlólemez alá helyezik modulokra bontva, szigeteléssel és hűtéssel a külső elemektől védve. Az új ötlet: ha amúgy is acélházba bújuk a 4680-as cella, miért ne ragasszák őket egybe, két könnyített acéllemez közé méhkasszerű tartó- és hűtőszerkezettel, hogy a telep is kivegye a részét a jármű strukturális integritásából, cserébe az autó tömegén és térfogatán spórolva?
A strukturális akkumulátorpakk (forrás: CleanTechnica) [+]
Az ötletet Musk a repülőgépgyártáshoz hasonlította: régen volt a szárny, és hozzátervezték az üzemanyagtartályt, aztán valakinek eszébe jutott, hogy lehet az üzemanyagtartályt szárnyformájúra tervezni, és két legyet ütöttek egy csapásra. Járulékos nyereség, hogy a cellák szoros elhelyezése a tömegközéppont közelében jobb menettulajdonságot hoz a kiterített akkuszőnyeg ellenében, az efféle padlólemezhez pedig kolosszális, Giga Casting öntőformával alkotott, elülső és hátulsó vázszerkezet monstrumok kapcsolódhatnak, három elemből összelegózva a Teslák ellenálló vázát, még 14% hatótávot nyerve. Ezek az újítások mind gyártósoron vannak, és szükség is lesz rájuk, mivel amíg a Panasonic 2019-ben összesen 35 GWh akkukapacitást tudott termelni évente, a Tesla maga készül 2022-ben 100 GWh-ot, 2030-ban pedig 3 TWh-ot elérni. Hát igen, Elon és az ambiciózus tervek – mondjuk jeleztük, hogy honnan indultak az eladások, és hol tartanak ma. A jövőben az egész vázszerkezetet egy elemből kívánja a Tesla legyártani, ha viszont egyberagasztják a telepet a jármű egész alsó felével, komplikáltabb lesz a csere, épp ezért még fontosabbá válik, hogy ne használódjon el pár év alatt.
A strukturális akkumulátorpakk első-hátsó Giga Casting elemekkel (forrás: Tesla) [+]
Az akkumulátornapon mindenről szó volt, csak a sokat emlegetett millió mérföldes akkumulátorról nem – persze rossz stratégia ellőni minden puskaport, elgáncsolva a meglévő termékeket egy később érkező promózására. Ezt Osborne-hatásnak hívják, és ebbe bukott bele egy számítógépes vállalat, amely annyira jó reklámot csinált a következő terméknek, hogy senki nem vette meg a jelenlegit, és csődbe ment. Szeptember óta viszont elég idő eltelt, hogy a Tesla 4680-as gyártósorai kiforrjanak, és megjelenjen egy kedvcsináló, mérnöktoborzó videó.
Az itt látható sorok valóban egy palackozóüzem szorgosságára emlékeztetnek, és a rejtett célzásokban jeles Musk eldugott egy utalást: az ügyesek kihallhatják a háttérzenéből a töltés szót és a millió mérföld szókapcsolatot. Mivel nincs elméleti akadálya, hogy a Tesla magas nikkel és mangánalapú katódjai is hozzák a hosszú élettartamot, a Tesla pedig a Model S Plaid+ modell és a brandenburgi Model Y-ba szánja a 4680-as cellát először, eléggé úgy tűnik, hogy a videó „elszólta magát”, és a cellák tényleg rendkívül kitartóak lesznek. Persze pár hónapot vagy évet majd várni kell, míg kiderül, minden az ígéretek szerint alakult-e, mert aztán lehet, hogy csak az LFP telepek bírják évtizedekig.
Mindenesetre az is beszédes, hogy épp a 2020-as sikerév végén állt le a jó öreg Model S és X gyártása Fremontban, és bár a minap bejelentett Long Range és Plaid modellfrissítések még 1865 formátumú cellákat használnak, a gyártósorokat szinte biztosan előkészítették a strukturális átállásra. A 4680 előnyei a Tesla három érkező járgánya esetében azonban még kritikusabbak, hiszen a 2 másodperc alatt 100-ra gyorsuló új Roadster a térfogat és a légellenállás, a Cybertruck pick-up pedig a tömeg oldaláról járhat jól az újításokkal – az előbbi 1000 km, az utóbbi 800 km hatótávot ígér topkiszerelésben.
A Tesla Semi kamion (forrás: PNO Rental) [+]
A Semi kamionnál pedig még inkább kulcskérdés a tömeg és a térfogat, hiszen mindkettő maximalizált hatóságilag, és nagyon nem mindegy, hogy az árunak mennyi marad. Musk már a Semi 2017-es bejelentéskor 800 kilométeres hatótávot ígért két Megacharger gyorstöltés között, és újabban 1000 km-re célozgat. A Semi és más villany tehergépkocsik megrendelőtábora már most hatalmas, önvezetéssel kombinálva pedig tuti választás lehet egy szállítócégnek, ha a bejáratott útvonalon vagy a két végponton a töltőhálózat ki van építve és a sofőrt kispórolhatja. Egy efféle elektromos kamion pedig a hidrogéncellás riválisok lába alól is kihúzhatja a talajt, márpedig a hidrogénes hatalomátvétel folyamatosan csak közeleg, de még mindig nem kezdődött meg. Ha pedig a hatótáv para után a Tesla a ciklusélettartamra is megoldást talál a gyorstöltés beáldozása nélkül, egyszerű lesz a lakossági matek, miszerint érdemes olcsón tölthető EV-be fektetni akár ráfizetéssel, a jóval alacsonyabb fenntartási költség miatt ugyanis pár év alatt előnyükre fordulnak a számok. A Tesla újabb eladási lendületét pedig már belengették: valamikor érkezik a 25 ezer dolláros belépőmodell, arra pedig tömegek haraphatnak.
A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!
