En el Battery Day, celebrado el 22 de septiembre, Tesla presentó una celda de batería denominada 4680, que además de un tamaño mucho mayor también se diferencia de las utilizadas hasta ahora por su diseño interior. La denominación 'celda tabless' se refiere a la sustitución de la pestaña única (TAB) a través de la cual los electrodos se conectan con los terminales positivo y negativo de la carcasa por muchas de ellas. Pero, realmente ¿qué significa esto y por qué es tan importante?
En realidad, las nuevas celdas 4680 de Tesla no eliminan esta pestaña de conexión, sino que la multiplican para facilitar el movimiento de los electrones, ya que cada en vez de uno tienen múltiples pasillos para desplazarse.
Nueva celda de batería de Tesla 4680: un 16% más de autonomía, cinco veces más capacidad y seis veces más potencia.
La analogía del estadio de fútbol
Una analogía que puede ayudar a visibilizar esta tecnología es un estadio de fútbol lleno de gente que tenga una sola puerta o varias puertas para permitir la salida de los espectadores. A la hora de salir de él, si tan solo se abre una puerta y por ella debe salir toda la gente, se producirán grandes atascos, colas y enfados y discusiones entre los aficionados. Además, aumentará la temperatura porque la gente se agolpa para salir. Algunas de ellas, las más alejadas, tendrán que recorrer una gran distancia para llegar a ella. La seguridad debe actuar para evitar percances y disturbios.
En una batería tradicional, la única pestaña de conexión de los electrodos con la carcasa sería la puerta y las personas que tratan de salir del estadio serían los electrones. Estos se atascan, se golpean y se calientan. Los que están más alejados de la pestaña, además, tardan mucho más tiempo en salir. Este descontrol implica que sea necesario enfriar la batería para que los electrones se desplacen más lentamente y puedan ordenarse para salir. El cuerpo de seguridad refleja el sistema de control térmico. La generación de calor supone un desperdicio energético y también hace que la estructura se expanda, lo que puede causar daños si esta se produce demasiado rápido. La energía se pierde en forma de calor y, por lo tanto, no se podrá usar para alimentar al vehículo eléctrico.
Ahora podemos imaginar ese mismo estadio, pero con una gran cantidad de salidas repartidas en toda su estructura. De esta forma, cada persona de su interior necesita desplazarse muy poca distancia para salir y no se producen aglomeraciones porque cada uno sale por una puerta diferente. No hay atascos y se mantiene la calma porque la percepción de toda la gente es que no deben detenerse, pueden moverse rápidamente y perciben ese progreso. No hay estrés, no sube la temperatura y no es necesario 'enfriar el ambiente' con un cuerpo de seguridad.
Comparativa de la celda 4680 con la 2170.
Este nuevo estadio es la celda que Tesla acaba de presentar. Entrar y salir de él simula tanto la carga como la descarga de la batería. Los electrones o las personas pueden desplazarse fácilmente, lo que significa que la batería puede cargarse y descargarse sin calentarse, sin estresarse o sin esperar mucho tiempo. En otras palabras, la batería se carga más rápido y con menos esfuerzo, y no es necesario enfriarla porque la temperatura no se eleva al no generarse calor. Eso significa que se reducen las pérdidas de eficiencia, es decir, hay más energía disponible en un periodo más corto de tiempo.
En palabras técnicas, el nuevo diseño ayuda a reducir la resistencia interna de la celda facilitando la ruta de las cargas en su interior y mejorando el rendimiento. La resistencia óhmica aumenta con la distancia ya que la corriente debe viajar a lo largo del cátodo o del ánodo hasta la lengüeta. Además de las mejoras en la capacidad, prescindir de estas pestañas reduce los costos y simplifica la fabricación.
Aplicación práctica: la batería de un millón de millas
En el caso de un vehículo eléctrico movido por baterías, este nuevo diseño significa tiempos de carga mucho más cortos y mayor rendimiento, ya que la energía se puede suministrar al motor mucho más rápidamente que antes. Reducir el estrés térmico y la expansión prolongará la duración de la batería, y aumentará los ciclos de carga y descarga disponibles. La reducción de pérdidas de energía se traduce en una mayor autonomía. También se reduce la energía necesaria para poner en marcha del sistema de refrigeración.
Baterías de Tesla de 1,6 millones de kilómetros.
Teniendo en cuenta todo esto, Tesla podría haber presentado su famosa batería de un millón de millas (1,6 millones de kilómetros) sin avisar. La tecnología presentada por el fabricante supone que las celdas actuales se queden obsoletas, ya que las nuevas eliminan de un plumazo todos sus inconvenientes: mayor velocidad de carga, mayor eficiencia, mayor autonomía y mayor vida útil. El desafío que llega ahora es poder fabricarlas en serie, en gran volumen y en un corto periodo de tiempo.
El propio Elon Musk ha hecho un llamamiento a los proveedores, a los que ha advertido que las nuevas celdas ya han sido probadas durante varios meses. Sin embargo, todavía son prototipos a lo que añade que "la producción en volumen es difícil".
Suppliers. We're only doing high energy nickel ourselves, at least for now. Also, maybe the presentation wasn't clear that we've actually had our cells in packs driving cars for several months. Prototypes are trivial, volume production is hard.
— Elon Musk (@elonmusk) September 26, 2020
Tesla también está trabajando en esto con el proyecto Roadrunner, que, entre otras cosas ha rediseñado toda la maquinaria para lograr un proceso siete veces más rápido que las líneas de producción actuales. También se han incluido otras mejoras incrementales en los procesos de devanado y formación, que dan como resultado una reducción total del coste de la batería de un 18% gracias al rediseño del proceso de fabricación.
La configuración y las dimensiones de la celda son una parte de la mejora de la batería. Otra de las vías de desarrollo son los cambios en la química de sus componentes, en los que trabaja Jeff Dahn, el físico canadiense con el que colabora desde hace años. Tesla también mejorará el proceso de fabricación, con cambios en el empaquetamiento final de la batería y en su rendimiento, incluida una mayor reducción del coste de producción.
