Le celle cilindriche delle batterie 4680 (46 mm di larghezza e 80 mm di lunghezza) sono una delle armi più potenti di Tesla nella battaglia per densità energetiche maggiori e, a cascata, autonomie maggiori.
Sono passati quasi quattro anni da quando Elon Musk ne rivelò i vantaggi nel Battery Day 2020, ma oggi esiste una seconda generazione migliorata delle celle, che lo youtuber Jordan Giesige di The Limiting Factor analizza nel dettaglio basandosi su uno studio dell'Università della California-San Diego commissionato da Munro Associates.
Il risultato dice che la densità energetica delle celle è aumentata dell'11,5%, passando da 244 wattora per chilogrammo (Wh/kg) a 272 Wh/kg. Vediamo come.
Il confronto fra le densità energetiche delle celle utilizzate nelle Tesla
Così Tesla migliora le batterie 4680
Il merito dell'impresa va a:
- un miglioramento della chimica delle celle, che ora contano 90% di nichel, 5% di cobalto e 5% di manganese (NCM955)
- e rivestimenti per celle più sottili, con uno spessore di circa 0,35 o 0,4 mm (invece di 0,6 mm).
Il primo punto rappresenta ovviamente una quantità di nichel maggiore rispetto alla chimica NCM811 delle vecchie celle 4680, che contengono solo l'80% di nichel: una differenza che aumenta la densità energetica al catodo, anche se riduce la stabilità. Secondo Jordan, col 90% si è raggiunto lo stesso contenuto di nichel delle celle NCMA di LG (nichel, cobalto, manganese e alluminio).
Lo spessore dell'anodo è stato poi ridotto del 4%, a 240 micrometri (µm), mentre quello al catodo del 17%, a 150 µm. Tesla sta quindi utilizzando la laminazione asimmetrica.
Per quanto riguarda il rivestimento, invece, le celle non sono cambiate: come per le vecchie 4680, la deposizione a secco (tecnologia DBE) viene utilizzata solo sull'anodo, ma non sul catodo, almeno per ora. Secondo le dichiarazioni rilasciate da Tesla nel comunicato sugli utili del secondo trimestre, da fine 2024 anche il catodo sarà prodotto con la tecnologia DBE.
Joe Tegtmeyer, osservatore di Tesla, aveva già accennato alla chimica NCM955 delle nuove celle in un post di gennaio; aveva scritto che era in cantiere una chimica NCM973. Questa diminuirebbe solo il contenuto di cobalto, ma non quello di nichel. Joe aveva menzionato pure la laminazione asimmetrica.
Con i 272 Wh/kg menzionati, la densità energetica è ora pari a quella delle celle 2170 di Panasonic, le migliori utilizzate finora nelle Tesla secondo Jordan. Ma sembra che sia stata migliorata anche la resistenza interna delle celle; così, quanto più bassa è la resistenza interna, tanto minore è il riscaldamento delle celle durante la ricarica rapida, motivo per cui una bassa resistenza interna può aumentare la velocità di ricarica.
Non è stato però possibile misurare la resistenza interna della cella analizzata da Jordan perché la batteria era molto scarica. Lo youtuber presume comunque che la resistenza sia ora più bassa:
- le lamine di rame dello scaricatore sono direttamente in contatto con la cella, il che dovrebbe aumentare la conduttività
- la lamina di alluminio di arresto è ora un disco senza rientranze, il che dovrebbe aumentare la conduttività
- gli elettrodi sono più sottili, il che dovrebbe aumentare la conduttività degli ioni e ridurre la generazione di calore
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