Последнее обновление

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Как уже известно, в ближайшие год-полтора Tesla не собирается вносить значительных изменений в конструкцию и методы производства аккумуляторов. Но у компании есть более отдалённые планы на одно и другое. Планы эти пока не слишком конкретные, и очевидно, реализовываться они будут небыстро. Тем не менее, упоминания они явно заслуживают.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Начнём с более-менее определённого.  Итак, Tesla представила новый формфактор литиевой «банки» под номером 4680. Внешний диаметр ячейки 46 мм, её высота — 80 мм. Это шаг вперёд по сравнению с ячейкой 21700 (21 × 70 мм). За счёт увеличения объёма примерно в 5,5 раз «располневшая» ячейка способна накапливать в пять раз больше энергии.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Мощность ячейки увеличена в шесть раз, что обусловлено не только возросшей ёмкостью, но и новой конструкцией проводника, соединяющего катод батареи с контактом на её корпусе. За счёт перехода от длинной и тонкой полоски-проводника к короткому и толстому проводнику-вкладышу внутреннее сопротивление проводника снизилось, а величины допустимых токов возросли и, следовательно, увеличилась мощность батареи без риска перегрева.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Как заявил Маск, батарея 4680 уже выпускается в небольших объёмах на опытной линии в США. Это не концепт и не компьютерная графика. Если проблем не возникнет, к концу следующего года производство аккумулятора 4680 на новом заводе компании во Фримонте, штат Калифорния, выйдет на уровень годовой мощности 10 ГВт·ч. Следовательно, в течение 2022 года суммарная ёмкость выпущенных аккумуляторов 4680 должна будет выйти на указанную величину. Это более чем в три раза меньше, чем сегодня выпускает завод Tesla (Гигафабрика в США). Например, с позиции выпуска ячеек проектная мощность завода в Неваде в 2020 году должна составить 35 ГВт·ч в год. Поэтому полномасштабное производство ячеек 4680 Маск рассчитывает увидеть только через три года — в 2023 году. И ключевое слово здесь — рассчитывает.

За счёт увеличения формфактора элемент 4680 позволит собирать батарейные блоки, которые увеличат пробег электромобиля на полном заряде на 16 % по сравнению с блоками из элементов 21700. По сути, улучшение будет достигнуто за счёт того, что в батарейном блоке аккумуляторы займут больше пространства. Тем самым снизится стоимость хранения каждого КВт·ч. По расчётам — на 14 %. Дополнительно в Tesla считают, что благодаря увеличенному формфактору инвестиции в строительство новых батарейных заводов снизятся на 7 % в пересчёте на каждый ГВт·ч.

Смотрите также:  Про-игрок CS:GO из Китая попал в скандал из-за названия своего ножа - "Убийца ЛГБТ"

Итак, увеличение формфактора ячейки — это первый и, несмотря на сопутствующие новой организации производства трудности, относительно простой шаг.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Следующим новшеством при производстве аккумуляторов (4680 или в другом формфакторе) обещают стать принципиально новые промышленные линии. Производить аккумуляторы Tesla собирается подобно выпуску бумаги рулонным методом или как разливают напитки на соответствующих линиях — быстро-быстро и даже быстрее. Принципиально новые линии должны ускорить выпуск аккумуляторных блоков от производства ячеек до готовых блоков в семь раз. На дальность пробега это не повлияет, но себестоимость хранения каждого КВт·ч в батарейном блоке электромобиля обещает снизиться ещё на 18 %. Также это может снизить инвестиции в новые заводы для выпуска батарей до 34 % (в пересчёте на каждый ГВт·ч). Каждая новая линия сможет выпускать за год ячеек на 20 ГВт·ч.

Новые линии будут включать в себя четыре главных участка: изготовление электродов (анодов и катодов) рулонным методом, намотка электродов и разделительной мембраны в рулоны для помещения каждого в ячейку, сборка ячеек и изготовление батарейных блоков. Из всего этого самым слабым звеном с точки зрения дальнейшего прогресса Tesla считает этап изготовления электродов. Сегодня для этого материал электродов дробится до состояния порошка и растворяется либо в воде, либо в своём растворителе. После нанесения раствора на подложку электроды долго сушатся в гигантских электропечах и затем после сушки проходят финальную обработку (прессовку). Для компании выгодным стал бы «сухой» процесс изготовления анодов и катодов, чтобы сэкономить время, ресурсы и, в конечном итоге, деньги.

«Сухой» процесс нанесения вещества электродов на рулонную подложку разработала компания Maxwell Technologies, которую Tesla купила больше года назад. Этот процесс хорошо показал себя в лабораторных условиях и со временем обещает воплотиться в производственном оборудовании компании. Маск не сказал, когда это произойдёт. Поскольку выпуском производственного оборудования занимаются сторонние компании, а сырьё поставляют ещё одни, то новшество вряд ли станет коммерческим решением в ближайшую пятилетку. Но если это будет воплощено в производстве, то стоимость производства аккумуляторов снизится самым ощутимым образом.

Смотрите также:  Про-игрок CS:GO из Китая попал в скандал из-за названия своего ножа - "Убийца ЛГБТ"

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Следующим новшеством должен стать переход на другой материал для анода ячейки. Сегодня для этого массово используется графит. Маск предлагает вместо графита использовать металлургический кремний — это кремний с присутствием ощутимого объёма посторонних примесей. Но этот материал крайне дёшев и его запасы на Земле неисчерпаемы. Кроме того, кремний способен вобрать в себя в девять раз больше ионов лития, чем графит, а это — путь к наращиванию ёмкостей батарей. Проблемой было «разбухание» и разрушение кремния по мере поглощения ионов лития, но исследователи Tesla решили эту проблему. Так, кремний измельчается и пропитывается эластичным полимером, что придаёт ему неразрушающуюся структуру.

Переход на новые аноды также произойдёт весьма и весьма нескоро, так как он определённо зависит от производителей оборудования и поставщиков сырья. Но если это случится, то ёмкость обновлённых аккумуляторов может дополнительно вырасти, что увеличит пробег ещё на 20 %, а стоимость хранения одного КВт·ч уменьшит на 5 %. Новые аноды также обещают снизить инвестиции в производство одного ГВт·ч на 4 %.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

Когда-нибудь появятся в будущих аккумуляторах Tesla и новые катоды. Более того, компания собирается производить ячейки с тремя разными катодами для разных сфер применения, что позволит быстрее снижать цену на массовою продукцию. Например, для массовых электромобилей, цена которых через пять-десять лет должна снизиться до $25 000, катоды элементов будут создаваться на основе железа, что даст им увеличенный срок жизни. Для электромобилей премиального класса будут выпускаться ячейки с катодом на основе кобальта и марганца, а это — увеличенная ёмкость и дальность пробега. А для пикапа и грузовика компания предложит ячейки с катодами из никеля — это большая отдача (мощность) и увеличенная ёмкость, что также можно будет конвертировать в больший пробег.

Смотрите также:  Про-игрок CS:GO из Китая попал в скандал из-за названия своего ножа - "Убийца ЛГБТ"

Для производства катодов Tesla построит свой завод, поставки никеля для которого она собирается частично обеспечить сама. Для этого в четвёртом квартале этого года компания запустит пилотную линию для отработки процессов переработки старых аккумуляторов. Из таких батарей компания планирует заодно извлекать литий и кобальт. Наконец, Tesla займётся добычей лития в Неваде с запуском переработки на своих площадках, которые тоже предстоит построить. Комплекс задач не на одну пятилетку. Если она всё воплотит в жизнь, то сможет увеличить дальность пробега на одном заряде ещё на 4 %. Стоимость хранения одного КВт·ч уменьшится на 12 %, а инвестиции в производство снизятся на 16 %.

Завершающим штрихом станет полная интеграция аккумуляторов в состав электромобиля. Как сегодня топливные баки стали естественным элементом крыльев самолётов, так со временем батареи Tesla станут неотъемлемыми элементами будущих электромобилей Tesla. Они будут одним целым с машиной, что удешевит конструкцию и стоимость владения машиной и батареей. Tesla явно не собирается идти по пути китайцев, и не будет делать упор на станции по быстрой замене батарей. Похоже, будущий «народный» автомобиль Tesla проще будет заменить на новый целиком, чем заказывать замену тяговых аккумуляторов.

Взгляд в будущее: какими будут аккумуляторы Tesla через пять-десять лет

И всё же, интеграция батарей в конструкцию электромобиля добавит к дальности хода ещё 14 %, снизит стоимость хранения одного КВт·ч на 7 % и уменьшит инвестиции в производство ячеек ёмкостью в один ГВт·ч на 8 %. В сумме все представленные выше шаги позволят на 54 % увеличить пробег электромобилей, снизят стоимость хранения одного ГВт·ч на 56 % и уменьшат инвестиции в производство одного ГВт·ч батарей на 69 %. Однако на реализацию этих планов уйдёт время как минимум до конца текущего десятилетия. Многие в них к тому же может поменяться, но верить в хорошее хочется всегда.




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *