Tesla Battery Day: akumulátory o 56 % levnější a bez kobaltu

Automobilka Tesla včera vedle meetingu pro akcionáře uspořádala i svůj dlouho očekávaný Battery Day. Zde měla představit svou revoluci v akumulátorech a rozhodně nelze říci, že by šlo o malé přínosy. To, čím mnozí argumentují proti elektromobilitě a co považují v několika příštích desetiletích za vysoce nepravděpodobné až nemožné, se má stát realitou už velmi brzy. Elon Musk totiž představil několik méně i více významných vylepšení, která spolu dávají působivý výsledek. I když spolu často souvisí, zavádět se budou postupně. První z nich by se mohla objevit v příštím roce, většina pak má být zavedena během dvou let a proces by měl být dokončen do tří let (patrně přelom 2023/2024). To platí za předpokladu, že vše půjde podle plánu, což u Muska není vždy pravidlem. Ne vše je totiž úplně hotové.

 

 

A o co tedy jde? V první řadě jde o velmi výrazné snížení ceny článků, a to o stěží uvěřitelných 56 %. Zatímco v poslední době klesá cena lithiových článků už jen pomalu, něco takového by mohlo výrazně snížit cenu elektromobilů, značně je přiblížit cenám aut se spalovacími motory a Tesla díky tomu i plánuje uvést ještě lidovější elektromobil než Model 3. Novinka by měla vyjít na 25.000 USD.

 

 

První změnou je formát akumulátorů. Tesla začínala se standardními články 18650 (nyní je označuje jako 1865 a Musk se v prezentaci vyjádřil, že nechápe, kde se tam vzala ta nula), později přešla na 2170 u Modelu 3 a Y. V poslední době ale zkoumala, jaké rozměry by byly nejvhodnějším kompromisem všech potřebných vlastností od kapacity, rychlosti nabíjení až po teplotní vlastnosti a nejlépe vyšly články 4680. Průměr tak vzrostl z 21 mm na 46 mm a délka ze 70 mm na 80 mm.

 

 

Takový článek pobere 5krát více energie, ale pochopitelně zabere více místa. Přesto je výsledkem o 16 % delší dojezd jen díky novému formátu a o 14 % nižší cena. Novinkou je také tzv. "tabless" konstrukce, která zjednodušuje připojování elektrod k vývodům. To zjednodušuje také výrobu, snižuje cenu a zlepšuje i rychlosti nabíjení a vybíjení (zkracuje cesty).

 

 

Další novinkou jsou změny ve výrobě. Jen při výrobě elektrod jako filmu je nově potřeba továren s desetinovou plochou a stejně tak se na pouhou desetinu posunuly energetické nároky. Elon Musk nicméně připustil, že zatím mají problém s výtěžností. Akumulátory se vyrábí na lince, která připomíná rychlé plnění lahví a jedna jediná linka může mít roční výstup 20 GWh, což odpovídá zhruba 7 běžným linkám.

 

 

Změnil se i systém pro prvotní nabíjení článků, který je o 86 % levnější a zabírá o 75 % méně plochy. Toto vše znamená, že zatímco Gigafactory z roku 2018 má roční výstup 150 GWh, nová Terafactory může mít výstup 1 TWh při ještě menší ploše továrny. Na jednu vyrobenou GWh se potřebná plocha snížila 10krát. Plánem je vyrábět akumulátory se 100 GWh ročně v roce 2022 a do roku 2030 zvýšit kapacitu továren až na 3 TWh. Toto všechno snižuje cenu článků o 18 %.

 

 

Další novinky připadají na anody. Místo grafitu se mají nově používat křemíkové anody. O těch jsme jen letos psali 3krát jako o slibném materiálu (1, 2, 3), u kterého je potřeba dořešit několik detailů. Zatímco tyto projekty mají k výrobě ještě hodně daleko, Tesla by je měla přinést na trh do oněch tří let. Zatímco křemíkové nanotrubičky vyjdou na více než $100 za kWh a křemík na skleněném substrátě by vyšel na $6,6/kWh, řešení Tesla Silicon (inspirace Applem?) slibuje cenu pouhých $1,2 za kWh.

 

 

Křemík má výhodu v tom, že jde o snadno dostupný prvek, který navíc pobere asi 9krát více lithiových iontů než grafit, nicméně má zase obrovský problém v tom, že se při nabíjení a vybíjení výrazně mění jeho objem (až 4krát), což způsobuje praskání a zkrácenou výdrž. Tesla to vyřešila stabilizací povrchu elastickým vodivým polymerem. Dojezd elektromobilů by tak mohl narůst o 20 %, cenu akumulátorů to sníží o 5 %.

 

 

Nezapomnělo se ale ani na katodu. Ta může být z nejrůznějších prvků, často se dnes používá nikl, kobalt a mangan. Nikl se jeví jako nejlepší řešení, protože má nejvyšší energetickou hustotu a je levnější než kobalt. Právě kobalt je totiž velmi problematickým prvkem, který je často zmiňován jako největší překážka elektromobility (jde o nemalou ekologickou katastrofu nemluvě o jeho těžbě, která zase mnohdy odporuje lidským právům - zmiňuje se např. práce dětí v dolech). Nové články od Tesly ale budou úplně bez kobaltu. Naopak se ale zvýší potřeba niklu.

 

 

Nové články ale nebudou jen jednoho typu. Zatímco tam, kde je potřeba enormní energetické hustoty a co nejnižší hmotnosti kvůli obřímu množství energie, které musí pobrat (Tesla Semi Truck, Cybertruck), budou použity katody s extrémně vysokým podílem niklu, běžná auta (Model S, 3, Y a podobné) včetně Powerwall budou mít katody z menšího podílu niklu a přibude více manganu. Tam, kde hustota není až tak kritická, jako jsou některé modely aut, ale především velká statická úložiště, budou katody založeny na železe.

 

 

Výrazně se upraví i samotná výroba, kde úplně odpadnou některé vstupní procesy (spojené se sulfáty), výrazně se sníží i počet vstupních materiálů (kov a mnohem menší množství vody), samotný hlavní proces výroby se také výrazně zkrátí a výstupem bude katoda bez obrovského množství odpadu. Proces se tak zlevní o 76 %. Tesla využije lithium z Nevady, které by mělo postačit pro elektromobily pro celé USA. To chce těžit ekologičtějším způsobem bez použití kyselin.

 

 

Ve zvýšené míře se má využít také recyklace pro zisk niklu, lithia a kobaltu. Z recyklovaných akumulátorů lze získat všechny tyto prvky, které jsou zde obvykle obsaženy v poměru 20 %, 2.7 % a 2 %. V typických rudách je jejich poměr jen 1,2 %, 0,7 %, resp. 0,2 %. Změny u katody se odrazily ve 12% snížení ceny a 4% navýšení dojezdu.

 

 

Jako poslední tu máme integraci akumulátoru do konstrukce vozidla. Sám akumulátor se díky novému řešení může stát strukturální součástí, což zjednoduší konstrukci, a obal akumulátoru, místo toho, aby byl zbytečnou zátěží, se v podstatě stává součástí nosné struktury karoserie. Zmizí tak 370 zbytečných součástek, o 10 % se sníží hmotnost a dojezd by se mohl zvýšit až o 14 %.

 

 

Jednodušší pak může být i továrna, která bude kompletovat karoserii a integrovat akumulátor. Na jeden instalovaný GWh se sníží cena o 55 % a továrna může být menší o 35 %. Když se to vše dá dohromady, podle Tesly se cena na kWh sníží o opravdu výrazných 56 %.

 

 

Při ceně článků, která se odhaduje na zhruba $125 až $150 za kWh, by se tak nyní mohla dostat na pouhých $55 až $65, což zní možná až příliš dobře. Vedle toho by tyto změny měly umožnit 54% prodloužení dojezdu.

 

 

Výsledkem tak má být již zmíněný vůz s cenou okolo 25.000 USD. Tím to ale zdaleka nekončí. Na konec příštího roku se připravuje Plaid Model S. Tato bestie má mít výkon 1100 koní, zrychlení z 0 na 60 mph (96 km/h) má zvládnout pod 2 sekundy, čtvrt míle pod 9 sekund, rozjet se na 200 mph (322 km/h) a přitom nabídnout dojezd na více 520 mil (837 km). Okruh Laguna Seca tento vůz zajel za 1:30,3 minuty. Počítejte s cenou 139.900 USD a už je možné si ho předobjednat.

 

 

Celou prezentaci si můžete prohlédnout na videu, samotný Battery Day začíná v čase zhruba v 1h40m. Mezi otázkami bylo např. i to, zda Tesla plánuje Vehicle-to-Grip funkci, tedy možnost využití EV jako stabilizačního akumulátoru pro elektrickou síť (vůz se může nejen nabíjet, ale i vybíjet, což může být zdrojem příjmů pro majitele auta). Zatím takovou funkcí vozy nejsou vybaveny a v blízké době ani nebudou (zejména ne v USA), nicméně ve vzdálenější budoucnosti by se něco takového mohlo objevit např. pro Evropu. Musk však věří, že je lepší mít doma Powerwall než auto plnící jeho funkci. Pro zajímavost, tuto funkci měl původní Roadster a dle jeho slov to nikdo nepoužíval. Pokud jde o cenu akcií, ta se nejprve posouvala směrem nahoru, ale nyní v aftermarketu klesla o téměř 7 %.

 

 

Zdroj: livestream.tesla.com