Anfang des Jahres konnte man bereits an einem Patent von Tesla sehen, dass diese in puncto Batteriezellen-Chemie Fortschritte machen. Des Weiteren konnte die Leistung und Lebensdauer der Batterien gesteigert und zudem die Kosten gesenkt werden. Einige der bisher unbekannten Fakten, welche auf diesem oder ähnlichem Patent fußen könnten, wurden im Rahmen des gestrigen „Battery-Day“ von Tesla offen gelegt.
Tesla-CEO Elon Musk und der Vizepräsident für Technologie Drew Baglino haben eine neue 4680-Batteriezelle enthüllt. Die Zelle, die bereits in der firmeneigenen Pilotanlage Kato Road in Fremont produziert wird, ist der große Durchbruch des Autoherstellers in seinem Bestreben, ein erschwinglicheres Elektroauto zu schaffen. Musk gab zu verstehen, dass eine Optimierung auf verschiedensten Ebenen der Batterizellproduktion, bis hin zur Integration der Batteriezellen ins Fahrzeug, zu einer besseren Batterietechnik in der nahen Zukunft – innerhalb der nächsten drei Jahre – führen wird.
Teslas 4680-Batteriezelle überzeugt durch viele neue Ansätze
Die neue 4680-Batteriezelle von Tesla soll zu einer 54 prozentigen Reichweitenverbesserung des elektrischen Fahrzeugs, 56% Kostenreduktion ($/kWh) bei Batteriespeichern und 69% Investmentkosten für die Produktion von einem GWH Speicherkapazität einsparen. Um dies zu erreichen setzt Tesla an unterschiedlichsten Punkten der Batteriezelltechnik an. Auffällig ist beispielsweise, dass die künftige Batterierundzellen von Tesla keine klassischen Zelltabs mehr haben wird. Hier hat der Automobilhersteller an einer neuen Kontaktfläche gearbeitet, welche den gesamten Kopfbereich der Rundzelle zu einem Kontakt macht. Die neuen Zellen ohne Zelltabs werden bereits im Pilotwerk in Freemont produziert und sollen zeitnah Anwendung in Teslafahrzeugen finden.
Des Weiteren habe man einen Wandel im Zellformat vollzogen. Bereits vom Übergang der 1865- hin zur 2170-Batteriezelle fand ein solcher Wandel statt. Dies wird auch bei der neuen 4680-Batteriezelle der Fall sein. Der Name lässt hierbei bereits auf das Format schließen: 46 mm Durchmesser * 80 mm Höhe. Die größere Form kann mehr aktives Batteriematerial in das Gehäuse packen, was zu einer 5-fachen Verbesserung der Energiespeicherung und einer 6-fachen Leistungssteigerung führt. Allein durch den neuen Formfaktor wird die Reichweite um 16 % erhöht. Zudem will der Automobilhersteller keine Lösungsmittel in der Elektrodenfertigung mehr nutzen. Stattdessen sei der Einsatz der „Powder Into Film“-Lösung geplant, bei der Feststoffe direkt auf Elektrodenfolie aufgebracht werden.
Fairerweise gibt Tesla zu verstehen, dass hier noch einige Herausforderungen zu meistern sind. Aus Sicht von Tesla-CEO Musk besteht aber enormes Potential die bisher sehr aufwendigen Elektrodentrocknungsprozesse zu reduzieren und auf umweltgefährdende Lösungsmittel zu verzichten. Wie wir es von Musk gewohnt sind setzt er sich auch bei der eigenen Tesla Battery-Giga keine Grenzen. So will er nicht weniger, als die schnellste Batteriefabriken der Welt bauen. Auf Basis von hoch optimierter Produktionstechnik will Tesla ab dem Jahr 2022 schon 100 GWh an eigenen Batteriezellen und bis zum Jahr 2030 3 TWh an Batteriespeicherkapazität produzieren, hinzu kommen zugelieferte Batteriezellen von bisherigen und eventuell weiteren Lieferanten.
Nicht nur das Format der Zelle und deren Aufbau will man anpassen. Auch auf Seiten der Batteriezellchemie hat man Fortschritte erzielt. Auf der Anodenseite soll ebenso in den nächsten Jahren schon reines Silizium das heute verwendete Graphit ablösen, wodurch die Reichweit von Elektroautos künftig abermals um 20% steigen soll. Auf Kathodenseite soll der Nickeanteil deutlich erhöht, der Kobaltverbrauch gleichzeitig stark minimiert werden. Des Weiteren plane Tesla zur optimalen Produktion von Grundelementen eigene Aufbereitungsanlagen für Kathodenmaterial und vor allem Lithium.
Bis zu 56 Prozent Kostenersparnis auf $/ kWh-Basis
Tesla hat Hunderte, wenn nicht Tausende kleiner Verbesserungen eingeführt, die den grundlegenden Baustein von Teslas Geschäft – die Batteriezelle – schrittweise verbessern. Die wichtigsten Punkte, welche in Summe zu 56 Prozent Ersparnis bei den Dollarkosten pro kWh führen sollen, haben wir nachfolgend aufgeführt:
- 14% Verbesserung der Kosten/kWh durch die Änderung des Zellformfaktors.
- 18% Verbesserung der Kosten/kWh als Ergebnis der 10-fachen Reduzierung der Produktionsfläche und der 10-fachen Reduzierung des Energieverbrauchs in der Produktion.
- Verbesserung der Kosten/kWh um 5% durch die verstärkte Verwendung von Silizium in den Batteriezellen.
- 12% Reduzierung der Kosten/kWh aufgrund von Verbesserungen des Kathodenmaterials.
- 7% Verbesserung der Batterie-Pack-Kosten pro kWh infolge des neuen integrierten Fahrzeugdesigns von Tesla.
Über das Leben der Batterie nach ihrem Einsatz im Fahrzeug hat sich Musk ebenfalls geäußert. In einer neu entstehenden Recyclingfabrik soll eine 100 prozentige Recyclingquote der Batterien erreicht werden. Eine Fabrik hierzu ist für den Standort Nevada bereits in Planung. Als final Schritt der umfangreichen Entwicklungsplanung gab Musk zu verstehen, dass die Batterie künftig aktiv strukturelle Aufgaben im Fahrzeug übernehme – haben wir so schon von CATL gehört. Batteriepacks sollen weitestgehend in Strukturelemente des Fahrzeugs, ähnlich zu Treibstofftanks in Flugzeugtragflächen, übergehen.
Quelle: Tesla
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