– Sep 23, 2020, 16:00 (CET)

Las nuevas baterías de Tesla son más eficientes y baratas contaminando menos, ¿cómo piensa hacerlo?

Tesla presenta su nueva batería, la enorme 4680. Estas celdas son más potentes y contaminan –en teoría– también mucho menos, ¿cómo es posible? Un vistazo a las grandes mejoras de diseño, fabricación y reciclaje del gran referente eléctrico.

Si tuviéramos que poner nombre al culpable de que los coches eléctricos no se estén adoptando a toda la velocidad que sería deseable, ese sería indudablemente su precio: si quieres algo decente en autonomía el coste se dispara. Este viene en gran medida determinado por el coste de las baterías. Aunque los últimos años hemos visto un gran progreso en este campo, este se está ralentizando, y es ahí donde llegan las nuevas baterías de Tesla para revitalizar el sector.

Así lo ha detallado el propio Elon Musk durante el Battery Day, en el que detallaron los cinco grandes frentes en los que las baterías de los próximos Tesla avanzarán y lo harán a un ritmo mucho mayor que el del resto de la industria. Sumando todas estas ganancias a nivel de diseño, minado, fabricación e incluso reciclaje están dispuestos a disminuir dramáticamente el coste.

Y es que la nueva promesa de un Tesla que realmente puedan ofrecer al gran público, con la posible llegada de un nuevo modelo de 25.000 dólares al que apuntan para dentro de tres años, es fundamental para la expansión de los coches eléctricos. Y por supuesto, de la compañía.

Evolución de los coches eléctricos según Tesla
Tesla

De hecho, el propio Musk afirma que la curva de adopción de coches eléctricos se está incluso aplanando ligeramente en lugar de acentuarse porque la evolución de los coches más económicos "no es lo suficientemente rápida".

La nueva celda 4680, mucho más grande y 'tabless'

Para atacar este problema de frente la primera gran propuesta es la nueva celda 4680. Este nuevo diseño de batería vuelve a crecer en tamaño. Ya lo hizo en 2017 al pasar de la 1865 –18 milímetros de diámetro por 65 de alto– a la 2170 –21 por 70 mm–, aumentando su energía en un 50% entonces. Ahora, la nueva 4680 vuelve a crecer hasta los 46 mm de diámetro por 80 mm de alto.

Nueva batería 4680 de Tesla
Tesla

Un tamaño que podría no representar no demasiado en sí mismo pero que esconde un verdadero potencial. Tesla no se ha limitado a hacer crecer la celda, sino que ha escogido el tamaño que mejor ajusta la reducción costes a la ganancia de autonomía del vehículo. Lo hace consiguiendo almacenar hasta un 500% de la energía de las actuales, multiplicando además por seis la potencia –esto es, ganamos un 20% de entrega de potencia a misma capacidad instalada–. Simplemente introduciendo este nuevo diseño se mejoraría la autonomía de los vehículos en un 16%, según Tesla.

Además, se mejora la fabricación de las baterías simplificando su diseño, reduciendo la cantidad de piezas necesarias y mejorando las conexiones de forma nativa. Así, además, se evita el problema de la carga rápida –Super Charge–, y del calentamiento típicamente asociado a las baterías de grandes dimensiones. Muy básicamente, lo consiguen reduciendo el camino que los electrones han de viajar dentro de la batería.

Fabricación de la bateria 4680 de Tesla
Tesla

Estas nuevas baterías, por sí solas, consiguen una reducción en los costes del 14% por unidad de energía instalada en el vehículo.

El escalado hacia una producción continua: Terafactory

El nuevo diseño avanza hacia una fabricación de celdas mucho más rápida y efectiva. La intención de Tesla es conseguir que sea "una autopista", "sin semáforos", donde toda la cadena de producción se mueva de forma integrada y continua, sin pausas. No se trata de un concepto, sino que Tesla ya trabaja en aumentar el ritmo de fabricación, con vistas a escalarlo pronto. Y es ahí donde entra esta mejora.

Nueva fabricación de baterías en Tesla
Tesla

Tesla busca integrar producción de electrodos, el enrrollado, montaje y empaquetado de las baterías en un único proceso continuo. Sin esperas. De esta forma, se reducen los costes tremendamente, al no necesitar múltiples plantas que realicen cada una de las partes de forma independiente, ni hay grandes esperas entre ellas.

Para ello la idea es introducir materiales incluso con un menor procesado en el interior de las baterías, y hacerlo en seco. Elon Musk afirma que aunque el proceso parece sencillo, no lo es. Y aunque "el proceso funciona, no con una gran producción". Ahora tienen que conseguir escalarlo. Musk dice ya ir por la cuarta revisión de la maquinaria necesaria, si bien preveen que esta sea todavía mejorada dos o tres veces más antes de que sea posible producir a escala.

Fabricación de la bateria 4680 de Tesla
Tesla

Cada una de las líneas de producción será capaz de multiplicar por siete la producción a nivel energético frente a las tradicionales, reduciendo el número de fábricas necesarias, así como el tamaño de estas en hasta un 75%.

Nueva Terafactory de Tesla
Tesla

Aunque Tesla no descarta todavía mantener los contratos que tiene con proveedores como LG o Panasonic, estos son insuficientes para la alta demanda de baterías que se expera. De cumplir con la economía de escala esperada, Tesla espera que este tipo de fabricación consiga reducir los costes otro 18% por kilovatio hora respecto a las baterías actuales. Así esperan pasar de una producción de 100 GWh de energía a 3 TWh –30 veces más– de 2022 a 2030.

Nuevos materiales: en el ánodo...

Uso de silicio en baterías Tesla
Tesla

Las próximas baterías de Tesla mejorarían también cambiando los propios materiales que se utilizan para fabricarlas. Introduciendo el silicio, uno de los elementos más abundantes en la Tierra, esperan aumentar la autonomía de los vehículos en cerca de un 20%. El coste en el silicio necesario se reduciría desde lo 6, e incluso hasta más de 10, dólares hasta tan solo 1,2 dólares por unidad de energía.

El ánodo representa una pequeña porción en las baterías, por lo que únicamente reduciría el precio por kilovatio hora en un 5%, que se sumaría al resto de mejoras ya mencionadas. No es despreciable, pues cada dólar cuenta para hacer que la capacidad de los vehículos aumente, su precio descienda e incluso despeguen los sistemas de almacenamiento y respaldo energético que ahora son tan costosos.

...pero también en el cátodo

En el polo opuesto de la batería encontramos el cátodo. Este también pivotaría de material, desde los actuales con alta presencia de cobalto a otros todavía más económicos basados en níquel. Se mantiene asimismo –e incluso aumenta– la capacidad para introducir una gran densidad energética. Tesla trabaja para hacer que sea posible de cara a los vehículos con mayor peso, como el Cybertruck o el Tesla Semi.

Materiales según uso en Tesla
Tesla

Musk dice haber hablado con los grandes productores de níquel para resaltar su importancia y alta demanda. En los vehículos más pesados se utilizaría una mayor cantidad de este material, aumentando su rendimiento y manteniendo el precio a raya. Para aplicaciones intermedias, se utilizará una mezcla con manganeso. Por último, para los sistemas de almacenamiento físico se utilizará hierro, más voluminoso pero mucho más barato todavía. La idea de Tesla es utilizar un nuevo proceso con el que poder utilizar níquel sin procesar, eliminando además gran parte de la contaminación, energía y agua utilizada en el proceso.

Asimismo, por la parte del litio utilizado, Tesla espera aumentar reutilización de recursos. A medida que más y más vehículos eléctricos forman parte del mercado automovilístico, habrá también más desechos procedentes de los mismos. Tesla apunta a un retraso de 10 años entre la generación y la disponibilidad de estos. De estos es posible extraer grandes cantidades de níquel, litio y cobalto para los diseños actuales y próximos.

En este segmento, Tesla espera acumular otro 12% en mejora de costes por kilovatio hora.

Imitando el modelo aeroespacial: la batería estructural

Diseño con batería estructural en Tesla
Tesla

Finalmente, Tesla avanza hacia un modelo que imite los avances en la aviación, en los que se pasó del uso de depósitos en la unidad central a otros integrados directamente en las alas del avión. De esta forma, realizan un uso estructural, reduciendo las redundancias y haciendo que el vehículo sea más resistente y más ligero –y por tanto, autónomo–.

Así, Tesla avanza hacia un diseño en el que parte de la estructura de vehículo recaiga sobre las baterías en sí mismas. La intención es ahorrar en componentes estructurales que hayan de ser introducidos entre los distintos paquetes de baterías. Al ganar también en espacio, las baterías pueden centrarse más hacia el eje longitudinal del vehículo, aumentando su seguridad frente a impactos laterales y mejorando la maniobrabilidad.

Tesla Battery Day
Tesla

De hecho, Tesla apunta hacia una reducción en el 10% del peso total del vehículo, que en el caso de un sedán como el Model S equivale a unos 200 kg. Esto supone una oportunidad para aumentar la autonomía con la misma carga de hasta el 14%, al incluir hasta 370 piezas menos en este nuevo diseño. De esta forma, según Tesla, se consigue una reducción de costes de hasta un 7% por kilovatio hora. En total, acumulando las mejoras mencionadas, Tesla espera una reducción de costes de hasta el 56%.

La integración vertical

Integración vertical de Tesla
Tesla

Tesla cuenta con la gran ventaja de poder integrar todas las piezas de su negocio verticalmente, atando etapas de la innovación que van desde la misma extracción de minerales hasta el diseño del software que ejecutan sus propios vehículos. No obstante, las nuevas características vistas en este Battery Day no se integrarán de forma inmediata en los vehículos de la compañía.

Elon Musk afirmó que tardarán del orden de 12-18 meses para la materialización de estos avances, y hasta unos tres años hasta que estén completamente desarrollados. "Si pudiéramos hacer esto inmediatamente, lo haríamos", dijo Musk. Lo que parece cierto es que finalmente están en una muy buena posición para hacerlo y que cuentan con los fondos para acelerar en el I+D necesario para llevarlo a cabo.