Giải mã nỗ lực của Tesla về công nghệ pin xe điện tiên phong

Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk và Thị trưởng Thượng Hải Ying Yong tham dự lễ ra mắt pin Model Y do Tesla sản xuất tại Thượng Hải, Trung Quốc, ngày 7/1/2020.

Mục tiêu của Boss Musk

Reuters đưa tin, theo 12 chuyên gia thân cận với Tesla và quen thuộc với công nghệ mới của Tesla, tin tốt là bằng cách sử dụng các thành phần lớn hơn và quy trình mới để làm khô các điện cực, Tesla có thể giảm một nửa chi phí của pin Model Y, tiết kiệm hơn. hơn 8% giá khởi điểm của xe tại Mỹ. Tin xấu là Tesla mới chỉ đi được nửa chặng đường.

Đó là bởi vì kỹ thuật sơn khô được sử dụng để sản xuất các thành phần lớn hơn trong pin 4680 của Tesla quá mới và chưa được kiểm chứng, công ty đang gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô sản xuất để có thể tiết kiệm tiền. . Các chuyên gia nói.

Một trong những chuyên gia thân cận với Tesla cho biết: “Họ chưa sẵn sàng cho việc sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, lợi ích mà Tesla đã đạt được trong việc cắt giảm chi phí sản xuất pin trong hai năm qua có thể giúp tăng lợi nhuận và dẫn trước hầu hết các đối thủ cạnh tranh về xe điện (EV). “

Những cải tiến như lời hứa của Musk về chi phí pin và hiệu suất được các nhà đầu tư coi là rất quan trọng đối với mục tiêu của Tesla là mở ra kỷ nguyên mà công ty có thể bán được hơn 25.000 xe điện. đô la để kiếm tiền – và có cơ hội đạt được mục tiêu năm 2030 cao hơn.

Hệ thống pin là yếu tố đơn lẻ đắt nhất của hầu hết các loại xe điện, vì vậy việc sản xuất các gói hiệu suất cao, chi phí thấp là chìa khóa để làm cho xe điện có giá cả phải chăng như nhau. . ngang ngửa với các đối thủ động cơ đốt trong về giá cả.

Tesla là một trong số ít các nhà sản xuất ô tô lớn tự sản xuất pin EV và bằng cách sản xuất các thành phần Model Y tại các nhà máy ở Mỹ, chiếc SUV sẽ vẫn đủ điều kiện nhận các khoản tín dụng thuế của quốc gia. gia đình này. khi nhiều EV đối thủ có thể không còn đủ điều kiện.

Tesla đã không trả lời ngay lập tức yêu cầu bình luận, nhưng các nguồn tin dự đoán rằng Tesla sẽ khó có thể sản xuất hoàn toàn lớp phủ khô mới trước cuối năm nay và có lẽ phải đến năm 2023.

Stan Whittingham, nhà đồng phát minh ra pin lithium-ion và là người đoạt giải Nobel năm 2019, tin rằng Giám đốc điều hành Tesla, Elon Musk, đang quá lạc quan về khung thời gian thương mại hóa kỹ thuật mới này.

Trước đó, vào tháng 8, tỷ phú Musk đã tuyên bố với các cổ đông rằng Tesla sẽ sản xuất hàng loạt 4680 viên pin vào cuối năm 2022.

Cho đến nay, theo các chuyên gia, Tesla chỉ có thể cắt giảm chi phí pin của Model Y từ 2.000 đến 3.000 USD, khoảng một nửa số tiền tiết kiệm được mà Tesla đã lên kế hoạch cho loại pin 4680 mà hãng đã công bố. . hai năm trước.

Tuy nhiên, những khoản tiết kiệm đó chủ yếu đến từ thiết kế 4680-cell mới, lớn hơn pin 2170 hiện tại của Tesla, họ cho biết. Nhưng trung tâm của nỗ lực giảm chi phí là công nghệ sơn khô, công nghệ mà Musk đã mô tả là mang tính cách mạng nhưng rất khó thực hiện.

Theo các nguồn tin, nó sẽ mang lại một nửa trong số 5.500 USD tiết kiệm được mà Tesla hy vọng sẽ đạt được, bằng cách cắt giảm chi phí sản xuất và chi tiêu vốn một lần.

Tesla đã thành công vào năm 2019 khi trả hơn 200 triệu USD cho Maxwell Technologies, một công ty ở San Diego chuyên sản xuất siêu tụ điện lưu trữ năng lượng cho các thiết bị cần tạo ra điện nhanh chóng, chẳng hạn như đèn pin. Máy ảnh.

Dựa trên công nghệ của Maxwell, Tesla đã bắt đầu sản xuất 4680 tế bào khô trong năm nay, lần đầu tiên trong một cuộc thử nghiệm gần nhà máy ở Fremont, California và gần đây là tại trụ sở toàn cầu mới ở Austin, Texas.

Pin 4680 (trái) và pin 2170 (phải).

Công nghệ vượt trội

Công nghệ này cho phép Tesla loại bỏ quy trình sơn ướt cũ hơn, phức tạp hơn và tốn kém hơn. Quá trình kế thừa có chi phí cao vì nó đòi hỏi một lượng đáng kể điện, máy móc, không gian nhà xưởng, thời gian và lực lượng lao động lớn.

Để phủ các điện cực trong quá trình ướt, các nhà sản xuất pin trộn vật liệu với một dung môi kết dính độc hại. Sau khi được phủ, các điện cực được làm khô trong các lò lớn, với các dung môi độc hại bay hơi trong quá trình này được thu hồi, xử lý và tái chế – tất cả đều làm tăng thêm chi phí.

Với công nghệ mới, các điện cực được phủ bằng các chất kết dính khác nhau mà ít sử dụng chất lỏng nên không cần sấy khô. Điều đó có nghĩa là nó rẻ hơn, nhanh hơn và cũng ít gây hại cho môi trường hơn.

Vì tính đơn giản của nó, quy trình này cho phép Tesla cắt giảm 1/3 chi phí đầu tư và cắt giảm 1/10 quy mô nhà máy và mức tiêu thụ năng lượng, Tesla cho biết. Những gì cần thiết cho quá trình ướt pin ,.

Tuy nhiên, công ty đã gặp khó khăn trong việc thương mại hóa quy trình này, các nguồn tin cho biết.

Maxwell đã phát triển quy trình phủ khô cho siêu tụ điện, nhưng thách thức với các điện cực phủ cho pin EV là chúng lớn hơn và dày hơn nhiều, điều này có thể khiến chúng có chất lượng đồng nhất ở tốc độ sản xuất. . Lô rất khó.

“Họ có thể sản xuất với số lượng nhỏ, nhưng khi bắt đầu sản xuất hàng loạt, Tesla đã bị từ chối rất nhiều”, một trong những nguồn tin có quan hệ với Tesla nói với Reuters.

Nguồn tin cho biết, năng lực sản xuất quá thấp nên tất cả các khoản tiết kiệm chi phí dự kiến ​​từ quy trình mới đã bị mất.

Theo các nguồn tin, nếu tất cả hiệu suất tiềm năng từ lớp phủ khô đi và các tế bào lớn hơn, chi phí sản xuất cho bộ pin 4680 của Model Y sẽ giảm xuống còn 5.000 USD đến 5.500 USD – gần bằng một nửa chi phí. phí. phí của bộ pin 2170.

Tuy nhiên, chi phí vật liệu và năng lượng tăng cao gây ra rủi ro cho những dự báo đó và Tesla vẫn chưa cải thiện đáng kể mật độ năng lượng của pin mới hoặc lượng năng lượng mà nó mang lại, như Musk đã nói. . đã hứa.

Mặc dù vậy, bất chấp những yếu tố đó, mức tiết kiệm mà Tesla dự kiến ​​đạt được sẽ khiến pin 4680 trở thành “loại pin tốt nhất trong ngành” trong tương lai gần, một nguồn tin cho biết.

Pin với công nghệ mới có thể lưu trữ năng lượng gấp 5 lần so với pin cũ.

Tiết kiệm chi phí

Các chuyên gia cho biết, hầu hết các khoản tiết kiệm được từ 2.000 đến 3.000 đô la chi phí đạt được với pin 4680 cho đến nay là do những cải tiến khác và việc sử dụng các tế bào lớn hơn đã được chứng minh là khác biệt. hiệu quả chênh lệch. .

Pin 4680-cell lớn hơn 5,5 lần so với pin 2170 về khối lượng. Với công nghệ cũ, Tesla cần khoảng 4.400 thành phần để cung cấp năng lượng cho Model Y và có 17.600 điểm cần được hàn – bốn điểm trên mỗi ô – để tạo ra một gói có thể tích hợp vào xe, các nguồn tin cho biết. . biết.

Nhưng với bộ pin 4680, chỉ cần 830 ô và Tesla đã thay đổi thiết kế để chỉ có hai điểm hàn trên mỗi ô, cắt giảm điểm hàn xuống còn 1.660 điểm và tiết kiệm chi phí đáng kể.

Thiết kế đơn giản hơn cũng có nghĩa là ít đầu nối và các thành phần khác hơn, điều này đã cho phép Tesla tiết kiệm hơn nữa chi phí lao động và thời gian hoạt động của máy móc.

Một nguồn hiệu quả khác là lớp vỏ bên ngoài cứng hơn nhiều của thành phần lớn hơn. Tesla hiện có thể liên kết các thành phần với nhau bằng chất kết dính thành một gói cứng giống như tổ ong, sau đó được kết nối trực tiếp với cấu trúc bên trong của Model Y.

Điều này giúp loại bỏ bước trung gian là gộp các tế bào thành các mô-đun lớn hơn, sau đó được lắp vào một bộ pin truyền thống, các nguồn tin cho biết.

Bằng cách chuyển sang thiết kế “thành phần xe hơi” này, Tesla đã có thể giảm trọng lượng của gói pin 1.200 pound truyền thống từ 55 pound trở lên – tiết kiệm khoảng 500 đến 600 USD cho mỗi gói, một trong những nguồn tin cho biết. nói. biết.

Nhưng nắm vững kỹ thuật sơn khô vẫn là điều then chốt.

Một nguồn tin cho biết: “Việc tăng hiệu suất của pin đã giúp ích rất nhiều trong việc tăng hiệu suất, nhưng việc tiết kiệm 50% chi phí cho toàn bộ pin lại là một vấn đề khác. Điều đó sẽ phụ thuộc vào việc Tesla có thể triển khai thành công quy trình sơn khô trong nhà máy hay không ”.