Как Tesla планирует сделать батареи достаточно дешевыми для автомобиля за 25000 долларов

  Бизнес-модель Tesla зависит от постоянного повышения стоимости и удельной энергии батарей. Когда в 2003 году была основана Tesla, было едва ли возможно построить спортивный автомобиль с батарейным питанием с шестизначной ценой. В течение следующих 15 лет более дешевые и мощные батареи позволили Tesla создавать более просторные автомобили с большей дальностью хода по более низким ценам.

В Tesla ожидают, что этот прогресс будет продолжаться – и, возможно, даже ускориться – в следующие несколько лет. И не стоит ждать, пока другие компании предложат более совершенные конструкции батарей. В последние годы у Tesla была большая команда инженеров, которая переосмыслила каждый аспект аккумуляторов Tesla, от химии внутри ячеек до способа встраивания аккумуляторов в автомобили.

На широко разрекламированном мероприятии во вторник Tesla приоткрыла завесу над рядом улучшений, которые компания надеется внедрить в следующие три года. В целом, по словам Tesla, все эти нововведения в совокупности позволят на 56 процентов снизить стоимость киловатт-часов ее батарей.

В результате, сказал Илон Маск, Tesla сможет реализовать давнюю мечту: создать по-настоящему доступный электромобиль.

«Мы уверены, что в долгосрочной перспективе сможем спроектировать и произвести привлекательный электромобиль стоимостью 25 000 долларов», – сказал Маск. Он добавил, что это произойдет «примерно через три года». Tesla не предоставила имя или другие подробности об этой запланированной недорогой Tesla.

Поскольку это Илон Маск, к временной шкале стоит относиться с недоверием. И, как объясняет предстоящий глубокий анализ Скотта Джонсона из Ars Technica, некоторые из предполагаемых достижений Теслы – особенно в отношении химии клеток – заслуживают рассмотрения со скептицизмом.

Хотя 56-процентное сокращение затрат на батареи за три года может показаться большим улучшением – и так оно и есть – это будет означать темпы прогресса, лишь незначительно более высокие, чем в последние годы в более широкой индустрии аккумуляторов. Например, по оценкам исследовательской компании BloombergNEF, рыночная цена аккумуляторной батареи на 1 кВтч упала с 1160 долларов в 2010 году до 153 долларов в 2019 году. Это представляет собой почти восьмикратное снижение за девять лет или сокращение вдвое стоимости аккумуляторных батарей каждые три года.

Тем не менее, Tesla, пожалуй, имеет уникальные возможности извлечь выгоду из падающей стоимости батарей. У нее сильный бренд и непревзойденная инфраструктура, включая сеть SuperCharger, что делает электромобили популярными. Так что, если Tesla сможет внедрить инновации, которые она представила во вторник, ее ждет светлое будущее.

Секретное оружие Теслы: вертикальная интеграция

Tesla проектирует и производит больше собственных деталей, чем большинство автомобильных компаний. В результате Tesla может стремиться к снижению затрат и повышению производительности на каждом этапе своей цепочки поставок. Он может оптимизировать мельчайшие детали отдельных компонентов, а также изменить общий дизайн автомобиля. И он может оптимизировать компоненты для конкретных потребностей своих собственных продуктов.

Это внимание к деталям было очевидно на презентации батарей во вторник. Прогнозируемое компанией Tesla снижение стоимости аккумуляторов на 56% нельзя отнести ни к одному технологическому прорыву. Скорее, это совокупный результат улучшений в химии аккумуляторов, конструкции элементов, процессе производства элементов и способе встраивания аккумуляторов в автомобили.

В прошлом большая часть аккумуляторов Tesla строилась на основе аккумуляторных элементов, производимых Panasonic на Gigafactory, заводе по производству аккумуляторов в Неваде, совместно разработанном двумя компаниями.

Tesla заявляет, что планирует продолжить работу с Panasonic и другими поставщиками аккумуляторов, но в ближайшие годы потребуется так много аккумуляторов, что компания также начнет производить свои собственные элементы. По оценкам Tesla, в 2022 году она будет производить 100 ГВтч собственных элементов, а к 2030 году – огромные 3000 ГВтч. Для сравнения на веб-сайте Tesla говорится, что основной завод по производству аккумуляторов Tesla, Gigafactory в Неваде, к середине 2018 года достиг годового уровня производства 20 ГВтч.

У Tesla амбициозные планы относительно своих новых аккумуляторных элементов. Они будут использовать батареи разного химического состава, в том числе тот, который исключает использование дорогого кобальта в пользу никеля.

Но Tesla также рассчитывает получить двузначную экономию затрат за счет более прозаических улучшений своего производственного процесса. Дрю Баглино, вице-президент Tesla по энергетике, в качестве модели указал на индустрию розлива, где производители безалкогольных напитков увеличивают производительность, постоянно держа бутылки в движении.

«Вместе с нашей внутренней командой дизайнеров, которая делает это оборудование и проектирует это оборудование, мы объединили размышления о том, как сделать лучшую ячейку, с размышлениями о том, как сделать лучшее оборудование, чтобы мы могли достичь максимальной скорости производства деталей в минуту на всех этих инструментов “, – сказал Баглино.

Баглино утверждал, что вертикальная интеграция с командами, разрабатывающими машины, является ключом к достижению более высокой пропускной способности, потому что «у нас нет всех этих краевых условий между одним элементом оборудования и другим. Мы можем спроектировать всю машину как одну машину и удалить все это. ненужные шаги “. Результат: семикратное увеличение производительности при производстве элементов.

Таблицы ячеек и добыча лития

Например, в цилиндрической батарее катод и анод плотно намотаны друг на друга. В обычной батарее «язычок» торчит с каждой стороны этого рулона – один соединяет свернутый катодный лист с одним концом элемента, а другой соединяет анод с противоположным концом. Tesla заявляет, что она первой изобрела новую внутреннюю структуру «стола», которая не только менее подвержена перегреву, но и более проста в производстве. Устранение выступов означает, что меньше необходимости запускать и останавливать производственный процесс, чтобы убедиться, что вкладки правильно расположены в каждой катушке.

Tesla заявляет, что даже планирует заняться добычей полезных ископаемых. В настоящее время добыча лития в основном осуществляется за пределами Соединенных Штатов. Но Маск говорит, что это не потому, что в США не хватает лития. Действительно, утверждал он, литий в изобилии во всем мире; в земле только Невада достаточно лития, чтобы заменить весь американский автомобильный парк электромобилями. Таким образом, Tesla планирует начать собственное производство лития в Неваде с помощью нового процесса добычи, разработанного Tesla.

«Мы фактически купили права на месторождение литиевой глины в Неваде – более 10 000 акров», – сказал Маск. «Природа горных работ очень чувствительна к окружающей среде, поскольку мы вынимаем кусок грязи из земли, удаляем литий, а затем кладем кусок грязи на место».

“Впереди еще много работы”

Анод и катод представляют собой длинную металлическую фольгу со смесью активных ингредиентов – никеля, кобальта, лития и т.д., покрытых с одной стороны. Обычно это покрытие наносится путем смешивания ингредиентов в жидкую «суспензию», которую затем наносят на фольгу и затем сушат. Для этого требуются массивные печи, а также сложное оборудование для восстановления и повторного использования растворителей.

В прошлом году Tesla купила компанию по производству аккумуляторов Maxwell, которая разработала «сухой» способ нанесения покрытия на электрод. В его процессе не используется суспензия, а вместо этого сухая порошковая смесь приклеивается непосредственно к фольге. Это исключает несколько этапов процесса изготовления электродов и прекращает использование токсичных растворителей. По оценкам Tesla, переход на сухой процесс должен в 10 раз снизить как занимаемую производством площадь, так и энергопотребление покрытия электродов.

Хотя концепция звучит просто – Tesla даже показала небольшой видеоролик, в котором кто-то делает это в лаборатории, выдавливая пленку и порошок через пару роликов, но сопоставить качество мокрого производственного процесса с качеством сложно. Во вторник Маск признал, что технология Максвелла еще не совсем готова к массовому производству.

«Мы приобрели Maxwell чуть больше года назад, – сказал Маск. «Это, безусловно, хорошая компания, и все, кроме сухого покрытия, которое у них было, является своего рода, я бы назвал, доказательством концепции. С момента приобретения мы фактически обновили машину, которая выполняет сухое покрытие четыре раза. Мы не говорим, что это вроде как полностью в сумке. Еще много работы.

«Когда вы переходите от рабочего места к лаборатории, от пилотного к серийному производству, вы сталкиваетесь с серьезными проблемами на каждом уровне», – добавил Маск. По его словам, прототипы заводского оборудования Tesla «работают, но с невысокой производительностью».