Como você já sabe, no próximo ano e meio, a Tesla não fará mudanças significativas no projeto e nos métodos de produção de baterias. Mas a empresa tem planos mais distantes para um e outro. Esses planos ainda não são muito específicos e é óbvio que não serão implementados rapidamente. No entanto, eles claramente merecem uma menção.
Vamos começar com mais ou menos certeza. Assim, a Tesla introduziu um novo fator de forma de “lata” de lítio sob o número 4680. O diâmetro externo da célula é de 46 mm, sua altura é de 80 mm. Este é um avanço em comparação com a célula 21700 (21 × 70 mm). Aumentando seu volume em cerca de 5,5 vezes, a célula “rechonchuda” é capaz de armazenar cinco vezes mais energia.
A potência da célula é aumentada seis vezes, o que se deve não só ao aumento da capacidade, mas também ao novo desenho do condutor que liga o cátodo da bateria ao contato em seu corpo. Devido à transição de um condutor de faixa longa e fina para um inserto condutor curto e grosso, a resistência interna do condutor diminuiu e os valores das correntes permitidas aumentaram e, portanto, a potência da bateria aumentou sem o risco de superaquecimento.
Máscara disse que a bateria 4680 já está sendo produzida em pequenos volumes em uma linha piloto nos Estados Unidos. Este não é um conceito ou computação gráfica. Excluindo questões, a produção da bateria 4680 na nova fábrica da empresa em Fremont, Califórnia, atingirá uma capacidade anual de 10 GWh até o final do próximo ano. Portanto, durante 2022, a capacidade total das 4680 baterias produzidas deverá atingir o valor indicado. Isso é mais de três vezes menos do que a fábrica da Tesla (Gigafactory nos EUA) produz hoje. Por exemplo, em termos de produção de células, a capacidade projetada da planta em Nevada em 2020 deve ser de 35 GWh por ano. Portanto, Máscara espera ver a produção em grande escala de 4680 células apenas em três anos – em 2023. E a palavra chave aqui é contar.
Ao aumentar o fator de forma, a célula 4680 permitirá a montagem de baterias, o que aumentará a quilometragem de um veículo elétrico com carga total em 16% em comparação com baterias de 21700 células. Essencialmente, a melhoria será alcançada devido ao fato de que as baterias ocuparão mais espaço na bateria. Isso reduzirá o custo de armazenamento de cada kWh. De acordo com os cálculos – em 14%. Além disso, Tesla acredita que, graças ao aumento do fator de forma, o investimento em novas fábricas de baterias diminuirá 7% por GWh.
Portanto, aumentar o fator de forma da célula é o primeiro e, apesar das dificuldades associadas à nova organização da produção, um passo relativamente simples.
A próxima inovação na produção de baterias (4680 ou em outro formato) promete ser fundamentalmente novas linhas industriais. A Tesla vai produzir baterias como papel roll-to-roll, ou como as bebidas são servidas nas linhas apropriadas – de forma rápida, rápida e ainda mais rápida. As linhas fundamentalmente novas devem acelerar a produção de blocos de bateria, desde a produção de células até os blocos acabados, em sete vezes. Isso não afetará o alcance, mas o custo de armazenamento de cada kWh na bateria de um veículo elétrico promete diminuir em mais 18%. Também poderia reduzir o investimento em novas fábricas de baterias em até 34% (por GWh). Cada nova linha terá capacidade para produzir 20 células GWh por ano.
As novas linhas incluirão quatro áreas principais: fabricação de bobinas de eletrodos (anodos e catodos), enrolamento de bobinas de eletrodos e membrana de separação para colocar cada um em uma célula, montagem de células e fabricação de baterias. De tudo isso, Tesla considera a fase de fabricação do eletrodo o elo mais fraco em termos de progresso futuro. Hoje, para isso, o material dos eletrodos é triturado até o estado de pó e se dissolve em água ou em seu solvente. Após a aplicação da solução no substrato, os eletrodos são secos por um longo tempo em gigantescos fornos elétricos e, após a secagem, passam por processamento final (prensagem). A empresa se beneficiaria de um processo a seco para fazer ânodos e cátodos para economizar tempo, recursos e, finalmente, dinheiro.
«O processo seco “de aplicação da substância do eletrodo a um substrato de rolo foi desenvolvido pela Maxwell Technologies, que a Tesla comprou há um ano. Esse processo tem se mostrado bem em condições de laboratório e, com o tempo, promete se materializar nos equipamentos de produção da empresa. Máscara não disse quando isso aconteceria. Como as empresas terceirizadas estão empenhadas no lançamento de equipamentos de produção e outro no fornecimento de matéria-prima, é improvável que a inovação se torne uma solução comercial nos próximos cinco anos. Mas se isso estiver incorporado à produção, o custo de produção das baterias diminuirá da maneira mais perceptível.
A próxima inovação deve ser a transição para um material diferente para o ânodo da célula. Hoje, o grafite é amplamente utilizado para isso. Máscara sugere o uso de silício metalúrgico em vez de grafite – este é o silício com a presença de um volume perceptível de impurezas estranhas. Mas esse material é extremamente barato e suas reservas na Terra são inesgotáveis. Além disso, o silício é capaz de absorver nove vezes mais íons de lítio do que o grafite, e essa é a maneira de aumentar a capacidade da bateria. O problema era o “inchaço” e a destruição do silício ao absorver íons de lítio, mas os pesquisadores da Tesla resolveram esse problema. Assim, o silício é triturado e impregnado com um polímero elástico, o que lhe confere uma estrutura não destrutiva.
A transição para novos ânodos também acontecerá muito, muito em breve, pois depende definitivamente dos fabricantes dos equipamentos e fornecedores de matéria-prima. Mas se isso acontecer, a capacidade das baterias atualizadas pode aumentar adicionalmente, o que aumentará a quilometragem em mais 20%, e o custo de armazenamento de um kWh diminuirá em 5%. Os novos ânodos também prometem reduzir o investimento por GWh em 4%.
Algum dia haverá novos cátodos nas futuras baterias Tesla. Além disso, a empresa pretende produzir células com três cátodos diferentes para diferentes aplicações, o que permitirá reduzir mais rapidamente o preço dos produtos em massa. Por exemplo, para veículos elétricos de massa, cujo preço deve cair para 5.000 em cinco a dez anos, os cátodos dos elementos serão criados à base de ferro, o que lhes dará uma vida útil prolongada. Para os veículos elétricos de classe premium, células com cátodo à base de cobalto e manganês serão produzidas, o que significa maior capacidade e alcance. E para uma picape e um caminhão, a empresa vai oferecer células com cátodos de níquel – é um alto rendimento (potência) e capacidade aumentada, que também pode ser convertida em uma quilometragem maior.
Para a produção de cátodos, a Tesla vai construir uma fábrica própria, com fornecimento de níquel para o qual pretende se abastecer parcialmente. Para isso, no quarto trimestre deste ano, a empresa lançará uma linha piloto para testar os processos de reciclagem de baterias velhas. A empresa planeja extrair lítio e cobalto dessas baterias ao mesmo tempo. Por fim, a Tesla iniciará a mineração de lítio em Nevada com o lançamento do processamento em seus locais, que também serão construídos. O complexo de tarefas não é para um período de cinco anos. Se ela der vida a tudo, ela poderá aumentar o alcance com uma carga em outros 4%. O custo de armazenamento de um kWh diminuirá 12%, e os investimentos em produção diminuirão 16%.
O toque final será a integração completa das baterias no veículo elétrico. Assim como os tanques de combustível se tornaram uma característica natural das asas das aeronaves hoje, as baterias Tesla eventualmente se tornarão elementos essenciais dos futuros veículos elétricos Tesla. Eles serão um com a máquina, o que reduzirá o custo de construção e o custo de propriedade da máquina e da bateria. A Tesla claramente não seguirá o caminho dos chineses e não se concentrará em estações para troca rápida de baterias. Parece que o futuro carro “popular” da Tesla será mais fácil de substituir por um inteiramente novo do que solicitar a substituição das baterias de tração.
E ainda, a integração de baterias no design do veículo adicionará outros 14% ao alcance, reduzirá o custo de armazenamento por kWh em 7% e reduzirá o investimento na produção de uma célula de GWh em 8%. No total, todas as etapas acima irão aumentar a quilometragem dos veículos elétricos em 54%, reduzir o custo de armazenamento de um GWh em 56% e reduzir o investimento na produção de um GWh de baterias em 69%. No entanto, a implementação desses planos levará tempo pelo menos até o final desta década. Além disso, muitos deles podem mudar, mas você sempre quer acreditar nas coisas boas.