בחודש ספטמבר אשתקד טסלה הציגה את הדור החדש של הסוללות שלה, סוללת ליתיום-יון 4680, אשר ישמש את הרכבים החשמליים החדשים של החברה החל משנת 2022, בשלב הראשון במודל Y בייצור אירופאי (בגרמניה) ובדגמי הפלייד של מודל S ומודל X ובשלב מאוחר יותר בדגמים נוספים של החברה.
מה טסלה אומרת על סוללת ה-4680 החדשה שלה? שהיא בעלת פי 5 קיבולת אנרגטית (להבדיל מצפיפות אנרגטית) והיא תאפשר טווח נסיעה גדול יותר בכ-16%. לפני שניכנס למה מיוחד בסוללות האלו לעומת הדור הנוכחי של הסוללות של טסלה, תזכורת קצרה. הרכבים הראשונים של טסלה עשו שימוש בסוללות ליתיום-יון מסוג 18650 שהן היו הסוללות המקובלות והנפוצות ביותר בשוק באותה תקופה (במחשבים ניידים, כלי עבודה חשמליים, אופניים חשמליים ועוד ועוד), בשנת 2016 טסלה הציגה את סוללות הליתיום-יון 21700 שלה שפותחה ביחד עם LG במיוחד עבור המודל 3 וכאמור, בקרוב היא תחל לשווק את הרכבים החדשים שלה עם סוללות 4680.
מה זה המספרים האלו 18650? אלו פשוט מידות הסוללה, 18 מ"מ קוטר ו-65 מ"מ גובה, כך שאתם יכולים להבין שסוללות ה-4680 גדולה יותר משמעותית עם קוטר של 46 מ"מ וגובה של 80 מ"מ, מהנפח הגדול יותר גם מגיע הנתון של פי 5 קיבולת אנרגטית (לעומת 21700). האפס האחרון במספר מציין כי מדובר בסוללה מסוג צילינדר, מאסק חושב שזה מיותר ולכן הסוללות החדשות נקראות 4680 ולא 46800 כמקובל. חשוב לציין כי טסלה היא מיצרני הרכב החשמלי היחידים שעושים שימוש בתאי ליתיום-יון בצורת צילינדר, מרבית התעשייה עושה שימוש בסוללות במבנה אחרת, בעיקר שטוחות הסגורות בפאוץ' ותכף תבינו מדוע.
הדבר המוזר הזה שאתם רואים בתמונה הראשית הוא אחד הפיתוחים היותר משמעותיים בסוללה החדשה של טסלה. מה שאתם רואים זה בעצם עיצוב חסר הדק חיובי לסוללה ובכדי להבין מדוע זה כך ומה היתרון בזה, צריך להסביר קצת (בצורה שטחית) על המבנה של סוללת ליתיום-יון בצורה של צילינדר. סוללה מסוג זה מורכבת משכבות דקות של חומרים שונים המונחות האחת על השנייה כך שמתקבלת רצועה ארוכה באורך של כמה עשרות סנטימטרים ובכל קצה שלה נמצא הדק - חיובי ושלילי. רצועת השכבות הזו מגולגלות לצורה של גליל אותו מכניסים לתוך צילינדר מתכת חלול וזה בעצם המבנה העיקרי של הסוללה.
הבעיה בצורה הזו של רצועה אחת ארוכה היא שהאלקטרונים צריכים "לטייל" לכל אורך הרצועה הזו, מההדק השלילי לחיובי, והמשמעות של היא בזבוז אנרגיה המוצג כהתנגדות הפנימית של הסוללה. לסוללת ליתיום יון 21700 של טסלה לדוגמה התנגדות פנימית של כ- 0.025 ohm. מסיבה זו יצרנים אחרים משתמשים בסוללה שטוחה בצורה של פואץ' רך בו המסלול שהאלקטרון צריך לטייל הוא קצר משמעותית. בסוללת מסוג זה הרצועה של השכבות נחתכת למלבנים קצרים, לכל מלבן שני הדקים, מניחים את כל המלבנים האלו האחד על השני ומחברים את ההדקים. אם לדוגמה אורך רצועת השכבות היא 800 מ"מ וחתכנו אותו ל-10 חלקים שווים, אז כל מלבן כזה הוא באורך של 80 מ"מ כלומר אותו אלקטרון צריך לטייל עכשיו לאורך 80 מ"מ בלבד ולא לאורך 800 מ"מ וכך מתקבלת סוללה בעלת קיבולת זהה אך עם התנגדות פנימית נמוכה יותר פי 10 בערך (ההתנגדות מושפעת מעוד דברים).
אם ניקח את סוללת ה-21700 שלל טסלה ונעביר בה זרם של 10A במשך שעה, בשל ההתנגדות הפנימית (0.025 אוהם) בזבזנו 2Wh. זה נשמע מעט ביחס למארז סוללות בקיבולת של 80,000Wh לדוגמה, אבל כאשר יש כמה אלפי סוללות כאלו במארז זה כבר הופך להפסד משמעותי, הפסד שמתבזבז על חימום מיותר של הסוללות שבסופו של דבר משפיע על טווח הנסיעה ואורך החיים של הסוללה, זו הסיבה שרכבים חשמליים מודרניים מצוידים בקירור אקטיבי של הסוללות. מספיק להזכיר את הבעיות שהיו לדגמים המוקדמים של ניסאן ליף שלא היו מצוידים בקירור אקטיבי לסוללות אלא בקירור אווויר בלבד, דבר שהוביל לקיצור משמעותי של טווח הנסיעה ולפגיעה משמעותית באורך החיים/קיבולת הסוללות כך שלקוחות רבים גילו שלאחר כשנתיים הם נותרו עם טווח נסיעה קצר משמעותית מזה המקורי.
אז הבנו מה זו התנגדות פנימית של הסוללה ומדוע זה רע לנו, למדנו איך יצרנים אחרים מתגברים על זה וגם למדנו מדוע יש מערכת קירור אקטיבית לסוללות. מכיוון שטסלה עדיין מעדיפה לעשות שימוש בסוללות בצורת צילינדרים (ממגוון סיבות כולל עלות ייצור זולה יותר) היא הייתה צריכה למצוא דרך להקטין את ההתנגדות הפנימית של הסוללות, במיוחד כאשר היא רוצה להגדיל את גודל הסוללה וככל שזו גדולה יותר בעיית נידוף החום מהתא קשה יותר. הפתרון לכך הוא בדיוק מה שאתם רואים בתמונה הראשית. באמצעות תהליך ייצור חדשני טסלה יוצרת בכל שכבת הנחושת בסוללה מאות חיתוכים לאורך הרצועה (באמצעות לייזר) והקיפול שלהם יוצר את הצורה המיוחדת שאתם רואים בתמונה שהיא כמו הדק אחד גדול לכל אורך הרצועה - למרות שלמעשה זה עיצוב חסר הדקים. בצורה זו טסלה יכולה לקבל את היתרון של סוללה שטוחה בפאוץ', התנגדות פנימית נמוכה באמצעות קיצור המסלול של האלקטרון, בסוללה בצורת צילינדר. אז אם בסוללת 21700 ההתנגדות הפנימית היא 0.025 אוהם, בסוללת 4680 היא תעמוד על כ-0.0025 אוהם והפסד האנרגיה מהדוגמה יעמוד על 0.2Wh בלבד וזה הנתון העיקרי האחראי על תוספת של 16% לטווח הנסיעה עליו טסלה מצהירה. יתרון נוסף ומשמעותי בתכנון הזה הוא פיזור חום טוב יותר על כל פני השטח של החלק העליון של הסוללה.
התכנון החדש של הסוללה (שהוא לא באמת חדש, אנרג'ייזר כבר עשתה הרבה לפני טסלה) מאפשר תהליך ייצור פשוט יותר לצד הוזלה של עלות הייצור של כל סוללה. זה, יחד עם שימוש בחומרים שונים המרכיבים את הסוללה, תכנון חדש למארז הסוללה ועוד, יאפשרו לטסלה להפחית משמעותית את עלות הייצור של מארז הסוללות, טסלה טוענת שהשילוב של הכל יחד יאפשר לה להשיג הפחתה של 56% בעלות של כל kWh. המהלך הזה נדרש גם בכדי שטסלה תוכל לעמוד ביעד שלה להציג מכונית חשמלית קומפקטית, מודל 2 אולי, שתהיה במחיר נגיש יותר וזהה לזה של רכב מקביל עם מנוע בעירה פנימית - היעד של טסלה הוא רכב במחיר של $25,000.
