As novas baterias de mesa da Tesla revelam novos níveis de desempenho

A Telsa é um dos maiores compradores mundiais de baterias por meio de suas parcerias com fabricantes como Panasonic, LG e CATL. É improvável que sua fome interminável por mais células seja saciada tão cedo, já que a demanda por carros elétricos e armazenamento de energia continua aumentando.

Conforme anunciado em sua palestra do Dia da Bateria, a Tesla tem trabalhado arduamente em um amplo espectro de projetos para levar a tecnologia de baterias para o próximo nível, a fim de atingir sua meta de produção anual de 3 TWh até 2030. Um dos aspectos mais interessantes disso foi o anúncio da nova bateria tabless 4680 da Tesla, que será fabricada pela própria empresa. Vamos dar uma olhada no que torna o 4680 tão empolgante e por que mudar de mesa é tão importante.

A Tesla é um tanto única entre os fabricantes de carros elétricos, pois se ateve resolutamente ao uso de células cilíndricas em suas baterias, enquanto outros fabricantes usaram amplamente projetos prismáticos. Começando com o venerável 18650, popular entre os fabricantes de laptops e construtores de lanternas, a Tesla passou a usar baterias 21700 maiores, com o fator de forma maior significando que cada célula tinha maior capacidade. Para construir essas células, folhas longas e finas de material de ânodo e cátodo são colocadas umas sobre as outras com um material separador no meio e, em seguida, enroladas em um "rolo de gelatina" para caber dentro do corpo cilíndrico. O ânodo e o cátodo têm uma pequena aba, geralmente no centro das folhas enroladas, que passam energia para os terminais na caixa externa da bateria.

Essas pequenas abas retêm as células cilíndricas de várias maneiras. Eles agem como um gargalo para a corrente que entra e sai da célula, pois, apesar da enorme área do ânodo e do cátodo, toda a corrente que entra e sai da bateria deve passar por um par de abas de apenas alguns milímetros de largura. Os elétrons das áreas externas do jellyroll devem percorrer uma distância significativa para alcançar o terminal da célula, com um comprimento de caminho elétrico de até 250 mm em células 21700. Este maior comprimento de caminho significa mais resistência, com um efeito correspondente no desempenho térmico. Além disso, as abas frustram os esforços para produzir efetivamente folhas de ânodo e cátodo em alta velocidade, com o maquinário de produção tendo que parar e iniciar repetidamente para lidar com os recursos salientes.

A Tesla já havia obtido ganhos de desempenho ao mudar de 18650 células para o design maior de 21700, mas os esforços para aumentar ainda mais o tamanho da célula atingiram uma parede de tijolos. Embora células maiores possam armazenar mais energia e gerar economia de custos na produção, problemas térmicos significam que os tempos de carga e as taxas de descarga seriam afetados negativamente. Células maiores significam comprimentos de caminho mais longos, com maior resistência significando menos potência por célula e carregamento mais lento. Mesmo com a tecnologia de carga rápida da Tesla, muitos ainda consideram que os carros elétricos carregam muito devagar, então essa foi uma troca que não valia a pena fazer.

Insira as baterias "tabless". Em vez de ter uma pequena aba de bateria conectada ao ânodo e ao cátodo, respectivamente, todas as folhas de ânodo e cátodo são padronizadas a laser e processadas para ter o que são essencialmente muitas abas minúsculas ao longo de todo o seu comprimento. Substitui a etapa de anexar manualmente abas separadas posteriormente no processo de fabricação.

Quando o ânodo, o cátodo e o separador são todos enrolados juntos, essas várias abas menores se achatam para formar uma "espiral de telhas", criando uma área de contato muito maior entre o material ativo da bateria e o invólucro. Isso significa que o comprimento do caminho para os elétrons viajarem é muito reduzido; A Tesla cita uma redução de até 5 vezes em comparação com projetos anteriores. Isso se deve ao fato de que os elétrons agora podem se mover diretamente em direção ao terminal da bateria, em vez de ter que fazer um caminho mais indireto até o centro da folha primeiro para alcançar a conexão de aba única.

O resultado final é a célula 4680, nomeada por seu diâmetro de 46 mm e comprimento de 80 mm. Isso é diferente da nomenclatura de cinco dígitos, mas ninguém na Tesla conseguiu descobrir por que as células 18650 têm o zero à direita, então a empresa o eliminou na designação da nova célula. As novas células contêm 5 vezes mais energia do que os designs anteriores devido ao seu tamanho maior. Melhor ainda, a Tesla afirma que pode fornecer até 6 vezes mais potência, devido ao comprimento reduzido do caminho elétrico da construção das mesas, permitindo um melhor desempenho térmico. As estimativas são de que a mudança para 4680 células nos pacotes automotivos da Tesla pode resultar em um ganho de alcance de até 16% - um número impressionante, dados os números já impressionantes da montadora nessa área. Por exemplo, o próximo Model S Plaid afirma ter um alcance de 520 milhas usando as 4680 células.