Quanta \"svolta\" è la batteria Tabless di Tesla?

13 ore fa p Steve Arar\n\nAl recente Battery Day di Tesla, la società ha annunciato quello che Elon Musk chiama un \"enorme passo avanti\" nelle celle cilindriche. Per valutare la validità di tale affermazione, è importante prima comprendere le carenze di una tradizionale cella cilindrica agli ioni di litio.\n\nUna cella cilindrica agli ioni di litio utilizza diversi strati di composti chimici per immagazzinare energia. \u003cbr\u003e Come mostrato di seguito, gli anodi, i separatori e i catodi simili a fogli sono inseriti, arrotolati e imballati in una lattina a forma di cilindro. Ciascuno degli elettrodi del catodo e dell'anodo utilizza piccoli componenti metallici chiamati \"linguette\" per il collegamento ai terminali positivo e negativo del contenitore della batteria.\n\nLe piccole batterie agli ioni di litio mostrano un'elevata potenza e densità di energia. \u003cbr\u003e Con batterie più grandi che sono essenziali per le applicazioni EV, abbiamo bisogno di fogli di anodo e catodo più grandi. Ciò presenta diverse sfide. In questo articolo daremo uno sguardo a queste sfide e a come la nuova batteria di Tesla risolve questi problemi. \u003cbr\u003e\n\nDiversi fenomeni ci impediscono di raggiungere le potenziali prestazioni che possono offrire grandi elettrodi anodi e catodici. Ciò è dovuto al fatto che con elettrodi anodi e catodici più grandi, gli elettroni devono percorrere una distanza maggiore come illustrato di seguito.\n\nLa resistenza ohmica del percorso porta alla perdita di potenza e di conseguenza al riscaldamento interno della batteria. \u003cbr\u003e\n\nInoltre, la corrente sceglie il percorso di minor impedenza nel piano dell'elettrodo e quindi la distribuzione della corrente non è uniforme. La distribuzione della corrente non uniforme determina un utilizzo non uniforme dei materiali attivi che rivestono gli elettrodi.\n\nIn altre parole, con celle della batteria più grandi, viene utilizzata una quantità maggiore di materiali attivi, ma l'utilizzo medio di questi materiali è inferiore a quello di una cella più piccola. \u003cbr\u003e Per risolvere questo problema, possiamo impiegare più coppie di linguette lungo il elettrodi come illustrato di seguito.\n\nQuesto divide l'area dell'elettrodo in regioni più piccole aumentando l'utilizzo medio dei materiali attivi e accorciando il percorso percorso dagli elettroni.\n\nLe linguette sono componenti metallici saldati sugli elettrodi. \u003cbr\u003e La produzione di linguette è impegnativa e può influire sull'affidabilità e sulle prestazioni della batteria. Ad esempio, le bave di saldatura possono penetrare nello strato separatore tra gli elettrodi positivo e negativo e causare un cortocircuito interno.\n\nÈ interessante notare che le scansioni di tomografia computerizzata a raggi X (TC) possono essere utilizzate per valutare tali difetti di fabbricazione. \u003cbr\u003e La scansione TC di una batteria con una fresa di saldatura è mostrata di seguito.\n\nTali difetti di fabbricazione possono provocare incendi ed esplosioni della batteria.\n\nInoltre, la posizione corretta delle linguette è di fondamentale importanza. \u003cbr\u003e La corrente di carica e scarica fluisce attraverso le linguette e aumenta notevolmente la temperatura della regione intorno alla linguetta a un livello molto più alto rispetto ad altre parti della batteria.\n\nIl calore generato può decomporre i materiali degli elettrodi attorno alla linguetta e influire sulle prestazioni della cella, sul ciclo di vita e sulla sicurezza. Per risolvere questo problema, dobbiamo mantenere le linguette a una certa distanza l'una dall'altra. \u003cbr\u003e Dal punto di vista dei costi, le linguette potrebbero non essere un'opzione desiderabile perché la saldatura delle linguette aggiunge un ulteriore passaggio nella produzione della batteria, aumentando i costi.\n\nSebbene una spiegazione dettagliata del brevetto di Tesla esuli dallo scopo di questo articolo, l'idea di base della \"batteria senza scheda\" è di ottenere la funzionalità della scheda convenzionale attraverso una parte conduttiva che corre lungo l'elettrodo.\n\nCon questo design senza linguette, la distanza massima che gli elettroni dovrebbero percorrere è l'altezza dell'elettrodo piuttosto che la sua lunghezza come nel caso di un elettrodo con linguetta convenzionale. \u003cbr\u003e L'altezza di un elettrodo è solo il 5-20% della sua lunghezza. Quindi, la resistenza ohmica che devono affrontare gli elettroni e, di conseguenza, il calore generato internamente si ridurrà in modo significativo.\n\nInoltre, la distribuzione della corrente sarà uniforme attraverso l'elettrodo senza linguette. \u003cbr\u003e In questo modo, vengono evitati gli hotspot locali con grandi sovratensioni che possono causare reazioni chimiche indesiderate e la durata della batteria è migliorata.\n\nIl nuovo design non solo genera una minore quantità di calore grazie alla sua minore resistenza ohmica, ma mostra anche migliori proprietà di trasferimento del calore. Con i modelli convenzionali, la corrente generata passa attraverso la scheda che occupa una piccola area e, di conseguenza, la temperatura della regione intorno alla scheda aumenta in modo significativo. \u003cbr\u003e\n\nCon il design senza linguette, l'intero bordo dell'elettrodo è responsabile del trasferimento di corrente (e calore). Il trasferimento di calore avviene attraverso un'area grande quanto la base del cilindro della batteria. Quando i fogli dell'anodo e del catodo della nuova batteria vengono arrotolati, si forma un arricciamento simile a una rosa alle estremità. \u003cbr\u003e\n\nI vantaggi discussi sopra consentono a Tesla di passare dalle 2.170 celle (21 mm per 70 mm) utilizzate nel Model 3 e Powerwall a 4.680 celle molto più grandi (46 mm per 80 mm) senza preoccuparsi del degrado delle prestazioni e dei problemi di trasferimento di calore. Tesla spera che queste nuove batterie trasformeranno in realtà un veicolo Tesla da $ 25.000 in circa tre anni .. \u003cbr\u003e