La Tesla e le celle 4680: punto di forza con qualche difficoltà

ANCHE OGGI SI RISPARMIA - La Tesla si distingue nettamente dalle altre case sotto molti aspetti ma uno dei più importanti è senza dubbio l’avere, da sempre, un ferreo controllo sulla produzione delle batterie che equipaggiano le sue vetture e che in futuro andranno anche sui suoi camion. Le grandi celle 4680 - alte 8 centimetri - promettono più energia, più potenza e un assemblaggio semplificato del veicolo, con risparmi potenziali di circa 5.500 dollari per ogni automobile prodotta. Queste celle potrebbero essere una delle chiavi di volta per poter produrre una compatta a circa 25.000 dollari (qui per saperne di più) e che avrebbe nel mirino la Volkswagen ID.3 e 4, la Megane E-Tech e altri modelli simili. In maniera non molto diversa da quanto già accaduto, ad esempio con l’avvio della produzione della Model 3, anche per le nuove celle si sta profilando una sorta di ‘production hell’ con ritardi nell’aumento della produzione. 

IL COMPONENTE PIÙ COSTOSO - Sappiamo che la parte meccanica delle auto elettriche è molto semplificata rispetto a quella dei veicoli convenzionali ma c’è la pesante e costosa batteria a ‘compensare’, con il risultato che un’elettrica ha massa e prezzo molto molto maggiori rispetto a una paragonabile vettura convenzionale. Disporre di celle più capaci, prestanti ed efficienti è quindi la chiave per creare batterie più economiche in grado di abbassare il prezzo del veicolo a livelli accessibili e confrontabili con quelli delle automobili con motori a combustione e ibride. Gli esperti interpellati da Reuters mettono sul banco degli imputati la procedura ‘a secco’ usata per rivestire gli elettrodi delle celle 4680. Questa tecnologia è l’eredità industriale di Maxwell, società acquistata da Tesla nel 2019, e promette diversi vantaggi rispetto al rivestimento a umido.

ASCIUTTO O BAGNATO? - Quest’ultimo processo prevede che i materiali siano amalgamati con leganti e solventi tossici e gli elettrodi così rivestiti devono essere essiccati in speciali forni. I solventi evaporano per azione della temperatura e vengono poi recuperati, trattati e riciclati: il tutto aumentando il costo, la lunghezza della lavorazione, il consumo di energia e l’impatto ambientale. Il procedimento di Tesla non prevede invece l’uso di solventi da far evaporare con il calore: i leganti usano pochissimi liquidi e quindi gli elettrodi rivestiti non hanno bisogno di essere asciugati, a tutto vantaggio della velocità e dell’ambiente. Tesla sostiene che questo processo riduce la spesa in conto capitale di un terzo mentre sia l'impronta ambientale sia il consumo di energia scendono al 10% rispetto al processo a umido. Le difficoltà sono sorte, a parere degli esperti, dal fatto che questa tecnologia è stata sviluppata da Maxwell più per i supercondensatori che per le batterie. I supercapacitor sono componenti che immagazzinano energia elettrica e hanno una capacità paragonabile a quella di una piccola batteria con velocità di carica/scarica simile a quella dei velocissimi condensatori, doti che hanno spinto Lamborghini a usarli nel concept Sìan (qui la notizia).

TROPPO SPESSO È DIFFICILE - Il collo di bottiglia che sta rallentando la produzione ad alto volume delle celle 4680 risiederebbe nel fatto che gli elettrodi delle batterie sono molto più grandi e spessi rispetto a quelli dei supercondensatori, cosa che rende difficile rivestirli con una qualità costante alla velocità richiesta da una produzione di massa. Una delle fonti legate a Tesla ha riferito che la produzione in piccoli volumi è qualitativamente soddisfacente ma all’aumentare dei volumi le celle difettose sono salite a livelli insostenibili. Le potenziali efficienze del rivestimento a secco e delle celle più grandi promettono di ridurre il costo di produzione della batteria della Model Y di circa 5.000/5.500 dollari, dimezzando il costo rispetto alle attuali celle 2170. I circa 2.500 dollari di risparmio attualmente consentiti dalle celle 4680 derivano proprio dalle loro dimensioni: hanno un diametro di 46 mm e sono alte 80 mm contro i 21 e 70 mm delle precedenti 2170. Le 4680 hanno quindi un volume che è circa 5,5 volte quelle delle 2170 e quindi il numero di celle nel battery pack di una Model Y scende da 4.400 a 830. Anche il numero di saldature necessarie per ogni cella scende, da 4 a 2, e quindi la stessa batteria richiede 1.660 punti di saldatura contro gli attuali 17.600, una riduzione sostanziale che non solo velocizza l’assemblaggio ma taglia drasticamente l’energia (e quindi le emissioni di CO2) impiegata della costruzione del battery pack.

LE CELLE COME ELEMENTO STRUTTURALE - Questo design più semplice riduce anche il numero di connettori e di altri componenti, diminuendo ulteriormente anche i costi della manodopera e i tempi di costruzione del veicolo. L'involucro esterno molto più robusto permette inoltre a Tesla di unire, con adesivi speciali, le celle 4680 in un pack strutturale che irrobustisce la scocca della Model Y. Quest’architettura cell-to-vehicle elimina le fasi intermedie - da celle a moduli e da moduli a batterie - permette a Tesla di ridurre il peso del pack di circa 25 kg e di risparmiare circa 550 dollari per ogni batteria. Per arrivare al risparmio promesso (5.000 dollari a batteria) occorre però che Tesla riesca a produrre le celle 4680 con un tasso di difettosità sostenibile e questo implica il perfezionamento del rivestimento a secco fino a renderlo adatto a grandi volumi. Stan Whittingham, co-inventore delle batterie agli ioni di litio e premio Nobel 2019, ritiene che Elon Musk sia stato troppo ottimista riguardo il tempo necessario (“Entro la fine del 2022”) per la produzione di massa di queste nuove celle. Lo studioso ritiene che “le difficoltà si risolveranno ma non sarà così veloce come vorrebbe Musk. Ci vorrà del tempo per testare il processo a dovere”.