Tabless cylindrical cells Li-Ion, czyli o nowej technologii akumulatorów cylindrycznych

Rozwijane przez firmę Tesla cylindryczne ogniwa litowo-jonowe bez wyprowadzeń tabless to rozwiązanie, które wspomniana marka wprowadziła do swoich pojazdów w 2022 roku. Po 3 latach użytkowania w praktyce można ocenić, czy technologia rzeczywiście oferuje przewagę nad tradycyjnymi ogniwami.

Warto dodać, że ogniwa Tabless 4680 zastąpiły stosowane wcześniej akumulatory 21700 w produkowanym przez Teslę modelu Y. Zmiana ta wynikała z potrzeby uproszczenia konstrukcji pakietów baterii i obniżenia kosztów produkcji.

Czego dowiesz się z lektury?

• Ogniwa bezwyprowadzeniowe eliminują wąskie gardła tradycyjnych wyprowadzeń, wykorzystując całą górną powierzchnię jako kolektor prądu. Możemy to porównać do różnicy między piciem przez słomkę a nalewaniem wody szerokim strumieniem.
• Nowe ogniwa mają 5,5 raza większą objętość i energię niż popularne 21700, równocześnie gęstość energii pozostaje podobna. Warto dodać, że Model Y z nowymi ogniwami ma mniejszy zasięg niż starszy wariant, a więc technologia wciąż wymaga dopracowania.
• Spawanie laserowe całej powierzchni wymaga niezwykłej precyzji. Tesla zmaga się z niższą wydajnością produkcji, co przekłada się na wyższe koszty wytwarzania.
• Pakiet 80 kWh wymaga tylko 820 ogniw 4680 zamiast 4400 sztuk typu 21700. To ogromne uproszczenie i mniej potencjalnych czynników, wpływających na awaryjność.
• BMW planuje własne ogniwa 46 mm, a koreańscy giganci rozwijają konkurencyjne rozwiązania. Ujednolicenie standardu może być drogą do obniżenia cen.

Przeczytaj również

• Badacze z USA opracowują nowe ogniwa litowo-siarkowe
• Przyszłość akumulatorów i baterii – nowe technologie
• Bateria grafenowa – co warto o niej wiedzieć?

Zacznijmy od konstrukcji ogniw Li-Ion tabless

Tradycyjne akumulatory Li-Ion wykorzystują małe metalowe wyprowadzenia nazywane „tabs” do łączenia elektrod z terminalami. Wyprowadzenia mają szerokość kilku milimetrów i stanowią wąskie gardło dla przepływu prądu elektrycznego.

Rozwijana przez Teslę technologia tabless niweluje problem tradycyjnych wyprowadzeń i zastępuje je ciągłym połączeniem wzdłuż całej krawędzi elektrody. W praktyce oznacza to, że cała górna powierzchnia ogniwa działa jako wyprowadzenie.

Kilka słów o specyfikacji nowego rodzaju akumulatorów 4680

Format 4680 oznacza średnicę 46 milimetrów i wysokość 80 milimetrów. Dla porównania, popularne ogniwa 21700 mają 21 mm średnicy i 70 mm wysokości.

Parametry ogniw Tesla 4680

• Oznaczenie: 4680 Li-Ion Battery.
• Pojemność: około 22-26 Ah (dane z różnych źródeł się różnią).
• Waga: około 355 gramów.
• Energia: około 96-99 Wh na ogniwo.
• Napięcie nominalne: 3,7V.

Zalety technologii tabless w ogniwach litowo-jonowych

Główną korzyścią konstrukcji tabless jest lepsze rozprowadzanie prądu i odprowadzanie ciepła. W tradycyjnych ogniwach prąd musi przepływać przez całą wysokość elektrody do małego wyprowadzenia, co tworzy nierównomierny rozkład temperatury.

W ogniwach tabless prąd rozpływa się równomiernie po całej powierzchni końcowej. Rezultatem jest bardziej jednorodny rozkład temperatury i lepsza kontrola cieplna podczas ładowania i rozładowywania.

Inżynierowie Tesla opracowali również nowatorski sposób chłodzenia pakietu baterii. Zamiast chłodzenia bocznego stosowanego w ogniwach 21700, w Tesli Model Y z ogniwami 4680 zastosowano chłodzenie od spodu pakietu.

Mniejsza liczba ogniw w pakiecie oznacza mniej połączeń elektrycznych i prostszą konstrukcję mechaniczną. W pakiecie o pojemności 80 kWh potrzeba około 820 ogniw 4680 zamiast około 4400 ogniw 21700, co radykalnie zmniejsza koszty produkcji.

Technologia tabeless to również nowe wyzwania produkcyjne

Produkcja ogniw tabless wymaga zespawania całej powierzchni ogniwa razem z obudową. Proces jest bardziej skomplikowany, niż spawanie punktowe małych wyprowadzeń.

Według dostępnych informacji, wydajność produkcji ogniw 4680 jest wciąż niższa, niż tradycyjnych ogniw. Tesla wciąż optymalizuje procesy produkcyjne, chcąc osiągnąć komercyjną skalę produkcji i zredukować koszty.

Warto w tym miejscu dodać, że spawanie laserowe wymaga precyzyjnego kontrolowania mocy oraz czasu spawania, żeby uniknąć uszkodzenia ogniwa i jednocześnie wykonać jakościowe połączenie elektryczne.

Tabela porównawcza – ogniwa tabless a standardowe

Dane w tabeli pochodzą z różnych źródeł i mogą się nieznacznie różnić w zależności od konkretnego modelu ogniwa i warunków testowych.

Gęstość energii na poziomie ogniwa pozostaje podobna, co oznacza, że główną korzyścią jest uproszczenie konstrukcji pakietu, a nie ogromne zwiększenie wydajności.

Zastosowania akumulatorów tabless

Tesla Model Y wyprodukowany w Austin używa właśnie nowego rodzaju ogniw 4680. Według danych EPA, wersja z ogniwami 4680 ma mniejszy zasięg (279 mil) niż wersja z ogniwami 21700 (330 mil), co może wynikać z wczesnej fazy rozwoju technologii.

Dodajmy, że BMW zapowiedziało wykorzystanie formatu 46 mm (podobnego do 4680) w swoich przyszłych pojazdach elektrycznych, planując dwie długości ogniw: 95 mm dla sedanów i 120 mm dla SUV-ów.

Perspektywy rozwoju i ograniczenia ogniw tabless cylindrical li-ion

Model Y z ogniwami 4680 ma faktycznie mniejszy zasięg niż wersja z ogniwami 21700, co sugeruje, że pierwsza generacja tej technologii wymaga jeszcze udoskonaleń. Gęstość energii na poziomie ogniwa (270-280 Wh/kg) jest porównywalna lub nieznacznie niższa od najlepszych ogniw 21700 (do 300 Wh/kg).

Tesla testuje różne składy chemiczne dla ogniw 4680. Obecnie producent używa tzw. składu NMC z wysoką zawartością niklu. W przyszłości możliwe są warianty z chemią LFP, szczególnie dla tańszych zastosowań.

Inni producenci akumulatorów, w tym Samsung, LG Chem i Panasonic, pracują nad własnymi wersjami dużych ogniw cylindrycznych. To może doprowadzić do standaryzacji formatu i obniżenia kosztów.

Co będzie jutro? Naszym zdaniem…

Nowatorskie, cylindryczne ogniwa litowo-jonowe bez wyprowadzeń tabless z pewnością stanowią ewolucyjny, jednak nie rewolucyjny krok w rozwoju akumulatorów. Główne zalety to uproszczenie konstrukcji pakietów baterii i potencjalne obniżenie kosztów produkcji. Gęstość energii pozostaje na podobnym poziomie jak w najlepszych ogniwach tradycyjnych, jednak redukcja liczby ogniw w pakiecie niesie szereg korzyści.

Rozważasz zastosowanie technologii tabless w swoich produktach? Warto dokładnie przeanalizować, czy korzyści przeważają nad dodatkowymi kosztami i wyzwaniami technicznymi. Skontaktuj się z naszymi ekspertami w sklepie BTO.pl, aby uzyskać szczegółową analizę dla Twojego przypadku.

Jeśli masz pytania dotyczące baterii, akumulatorów, pakietów, napisz do nas wiadomość, lub skontaktuj się z nami przez nasz profil na Facebooku.

Pełną gamę naszych produktów znajdziesz na bto.pl