Impian Tesla untuk mengganti mobil bensin mungkin sudah dekat.
Pada 27 Februari, sebuah proyek rahasia bernama Roadrunner muncul di dalam Tesla, yang bertujuan untuk menghasilkan baterai yang lebih murah dalam skala besar dengan strategi "mesin untuk mesin manufaktur" (peralatan produksi sendiri). Proyek ini mengintegrasikan pencapaian penelitian baterai Tesla baru-baru ini. Menurut media kendaraan listrik electrek, tujuannya adalah untuk mengurangi biaya daya baterai menjadi $ 100 / kWh, yang lebih rendah daripada biaya bensin di Amerika Serikat.
Jika digabungkan dengan produksi massal, inilah 'Holy Grail' untuk mempopulerkan kendaraan listrik, tulis media Amerika. Seorang insinyur manufaktur baterai Tesla berkata dengan penuh semangat: "Datang dan bergabunglah dengan kami untuk membentuk kembali teknologi manufaktur baterai lithium-ion!"
Bagaimana Tesla akan mencapai prestasi ini akan diumumkan pada Battery Day pada 20 April. Tanpa kobalt bukan berarti harus lithium iron phosphate. Sebelumnya Tesla telah mengungkapkan. Ada alasan untuk percaya bahwa ini adalah solusi baterai yang menggunakan katoda nikel tinggi + anoda silikon + persiapan elektroda baterai kering + pemulihan daya kapasitor super.
Pada 3 Februari, Tesla mengumumkan kerjasamanya dengan pemimpin baterai tenaga Ningde Times untuk menggunakan baterai lithium besi fosfat murah pada Model 3 domestik. Ini telah membuka pintu ke pasar Cina setelah menebusnya.
Proses pengembangan Tesla hampir dua cabang dalam teknologi manufaktur dan teknologi baterai: dari perintis penggunaan 18650 baterai lithium kobalt oksida, hingga cara baru untuk memilih baterai lithium terner NCA, dan menggunakan baterai lithium iron phosphate untuk menurunkan harga. Jelajahi juga teknologi baterai bebas nikel dan kobalt tinggi.
Masukkan baterai 4WD ke dalam mobil sport
Pada tahun 1980, Goodenough menemukan baterai lithium-ion dengan lithium cobalt oxide (LixCoO2) sebagai katoda. Setelah baterai ini ditemukan, tidak dikenali oleh industri sampai Sony secara aktif memperpanjang cabang zaitunnya. Pada tahun 1991, Sony memperkenalkan baterai lithium-ion komersial 18650 yang pertama.
18650 mengacu pada spesifikasi baterai: diameter 18mm, panjang 65mm, 0 berarti silinder. Nama baterai litium kobalt oksida, baterai litium besi fosfat, dan baterai terner NCA semuanya mengacu pada bahan katoda.
Untuk memahami terobosannya, pertama-tama kita harus berbicara tentang prinsip baterai. Pada katoda baterai, litium kehilangan elektron dan diubah menjadi ion litium yang berharga lebih tinggi, yang masuk ke elektrolit, kemudian melewati diafragma dan ditransfer ke anoda. Meskipun ion litium dapat melewati elektrolit dan diafragma, elektron tidak dapat, karena hanya dapat berjalan dari sirkuit eksternal ke anoda dan melakukan pekerjaan secara eksternal. Ini adalah proses pengosongan baterai.
Prinsip baterai lithium cobalt oxide, sumber: Visual Capitalist
Keuntungan lithium adalah dapat memberikan lebih banyak elektron. Karena hanya elektron terluar dari atom yang dapat mentransfer dan berpartisipasi dalam pekerjaan, semakin kecil berat atomnya, semakin besar kerapatan energinya. Sebagai unsur No. 3, litium terdiri dari dua isotop di alam, dengan berat atom relatif hanya 6,9. Selain itu, jari-jari kecil ion litium membuatnya lebih mudah untuk bergerak dalam elektrolit, membuat pengisian dan pengosongan lebih cepat dan lebih efisien.
Setelah baterai lithium kobalt oksida 18650 ditemukan, baterai ini segera diaplikasikan pada produk elektronik karena ukurannya yang kecil dan kepadatan energinya yang tinggi. Tetapi juga memiliki cacat: lithium cobalt oxide akan mengalami perubahan fasa ketika tegangan lebih tinggi dari 4,6V, menyebabkan difusi ion litium lebih lambat, tekanan pada bahan katoda, dan runtuhnya struktur kristal.
Untuk itulah, pada tahun 1997, Goodenough menemukan baterai lithium iron phosphate, yang kini menjadi baterai yang diproduksi oleh Tesla dan CATL. Baterai ini lebih stabil, tidak menghasilkan panas di bawah tegangan tinggi, dan tidak mengandung kobalt yang mahal. Tetapi memiliki kepadatan energi yang lebih rendah dan daya yang lebih rendah. Mengadopsi jenis baterai ini sebenarnya adalah jenis metode yang mencari yang terbaik kedua untuk biayanya.
Beberapa baterai lithium-ion utama, komponen logam dan kegunaan selain litium, sumber: Visual Capitalist
Pada musim gugur 2003, Elon Musk memiliki ide gila: menghubungkan 10.000 baterai lithium kobalt oksida secara seri untuk menyalakan mobil listrik. Dia bertemu dengan seorang ahli baterai dan mengagumi J. B. Straubel Musk. Dalam visi mereka, ini adalah proyek sederhana dengan anggaran 25 juta dolar AS: hanya beberapa insinyur dan merombak mobil bensin.
Pada tahun 2005, prototipe Tesla Roadster pertama diluncurkan. Tapi mereka segera menemui kendala pertama.
Pada Hari Kemerdekaan Amerika pada tahun 2007, para insinyur Tesla yang menikmati festival menyalakan 20 baterai yang diikat untuk sebuah karnaval. Baterai ini terbang seperti roket. Karyawan Tesla berkeringat dingin: Roadster dibuat untuk orang kaya. Apa yang akan terjadi jika orang kaya duduk di dalam mobil ini dan mati terbakar?
Mereka harus menemukan teknologi baru untuk mengontrol tegangan dan arus baterai dan pembuangan panas yang lebih baik.
Saat ini, Mark Tarpening, salah satu pendiri Tesla, sangat berguna. Dia menggunakan metode manajemen server jaringan untuk mengontrol baterai Tesla dan mengembangkan skema manajemen hierarkis: 6918650 baterai diringkas secara paralel untuk membentuk batu bata baterai; 9 batu bata baterai dihubungkan secara seri untuk membentuk irisan baterai; 11 Irisan baterai membentuk paket baterai dengan total 6831 bagian.
Sel tunggal (Sel) membentuk modul baterai (Modul), dan kemudian paket baterai (Paket), yang dapat dengan mudah diganti selama pemeliharaan. Ketiga level ini juga memiliki sistem pemantauan baterai independen dan dilengkapi dengan sekring. Jika arus terlalu besar atau baterai terlalu panas, maka akan sekering dan memutuskan daya.
Sistem kendali baterai ini telah menjadi aset inti Tesla, dikabarkan menghabiskan biaya lebih dari 20.000 dolar AS ketika pertama kali diluncurkan, dan dikritik oleh orang dalam industri. Namun dengan kendaraan listrik lain Chevrolet Volt dan Fisker Karma mengalami kecelakaan kebakaran satu demi satu, Tesla Roadster telah membuktikan keamanannya dan secara bertahap diterima oleh konsumen. Menurut Relecura, sebagian besar paten Tesla terkait dengan Baterai, Pengisian Daya, dan Motor Listrik.
Statistik distribusi paten Tesla, sumber: Relecura
Pada tahun 2007, Tesla mengungkapkan rincian teknis dari sistem baterai Roadster, menjelaskan mengapa ia menyukai 18650: cukup kecil, sehingga dampak kegagalannya lebih kecil daripada sel baterai berukuran besar. Luas permukaan / volumenya juga cukup besar untuk memastikan pembuangan panas yang baik. Yang paling penting adalah bahwa ini banyak digunakan di pasar konsumen, membuat kepadatan energi dan daya meningkat sementara biaya turun.
Setelah mencoba lebih dari 500 pemasok, Tesla akhirnya memilih Panasonic di Roadster untuk memproduksi 18650 baterai lithium cobalt oxide. Saat itu, biaya baterai 600-800 dolar AS / kWh, sekitar 3-4 kali lipat dari bensin AS. Roadster ini bukanlah penghambat bagi orang kaya, tapi masih terlalu mahal untuk mempopulerkan kendaraan listrik. Menurut data Badan Perlindungan Lingkungan AS, Roadster's NEDC memiliki daya jelajah 393 kilometer.Untuk merebut pasar mobil bensin masih perlu terus ditingkatkan.
Mencari baterai yang lebih murah
Saat memproduksi Model S, Tesla mengarahkan pandangannya pada baterai lithium terner. Biasanya ada dua jenis baterai di bidang daya baterai: NCA811 (baterai lithium aluminium nikel kobalt) atau NCM811 (baterai lithium mangan nikel kobalt). 811 mewakili rasio ketiga bahan. Tesla menggunakan yang pertama.
Keuntungan dari baterai lithium terner adalah katoda yang terdiri dari tiga bahan, yang dapat mencapai kepadatan energi yang lebih tinggi daripada bahan tunggal. Untuk baterai NCA811, kepadatan energinya bisa mencapai 250Wh / kg. Kepadatan energi baterai 18650 lithium kobalt oksida yang digunakan Tesla di Roadster adalah 211Wh / kg.
Karena kapasitas ion litium dari grafit anoda baterai litium jauh melebihi kapasitas katoda, peningkatan kerapatan energi terutama dilakukan pada katoda. Pada baterai lithium terner, meningkatkan rasio kobalt ke nikel dapat meningkatkan stabilitas termal dan kepadatan energi. Ini juga merupakan cara utama untuk meningkatkan baterai secara global. Menurut statistik Visual Capitalist, pada tahun 2020, sekitar 75% baterai global mengandung sejumlah kobalt.
Tetapi masalah dengan kobalt adalah harganya yang terlalu mahal. Nikel didistribusikan secara luas di seluruh dunia, dan kandungan kerak bumi adalah yang kedua setelah oksigen, silikon, aluminium, besi dan magnesium. Dan 60% dari produksi global kobalt berasal dari Kongo. Wilayah ini sangat terlibat dalam konflik bersenjata dan pekerja anak. Tingkat pertumbuhan pasokan jauh lebih rendah daripada tingkat permintaan. Dalam dua dekade sebelum 2015, harga kobalt melonjak enam kali lipat, dari US $ 20.000 / ton menjadi US $ 120.000 / ton.
Harga kobalt melonjak sepanjang tahun
Dalam baterai NCA, kandungan kobalt adalah 5% (NCM adalah 10%). Hal ini memungkinkan Model S untuk terus mengurangi biaya baterai, yaitu sekitar $ 240 / kWh.
Tentunya katoda aki NCA lebih tidak stabil dari pada NCM dan akan terurai pada 250-300 derajat Celcius.Ketika kendaraan listrik terkena benturan, diafragma aki pecah dan menyebabkan korsleting, yang dengan mudah dapat membuat suhu aki melebihi 300 derajat Celcius. Ini menempatkan tes yang lebih tinggi pada manajemen baterai Tesla dan pembuangan panas. Tetapi dalam menghadapi baterai, yang mencapai 40% dari total biaya kendaraan, harga adalah masalah utama.
Seperti era Ningde China, Panasonic menggunakan Tesla Express, dan kapasitas produksinya juga meningkat pesat. Pada Oktober 2013, Panasonic dan Tesla menandatangani perjanjian untuk memasok 1,8 miliar baterai untuk Model S dalam empat tahun ke depan. Pada September 2014, kedua pihak mengumumkan bahwa mereka akan membangun Gigafactory 1, pabrik baterai lithium-ion di Nevada.
Yoshihiko Yamada, wakil presiden eksekutif Panasonic, pernah berkata, "Kapasitas produksi baterai hari ini tiga kali lipat dari sebelumnya. Mengapa? Ini adalah hasil kerja sama antara karyawan Tesla dan Panasonic." Struktur pelanggan Panasonic sangat sederhana, dengan pelanggan utama adalah Tesla. Berikutnya adalah Toyota, menurut Yamada Yoshihiko, hubungan kedua pihak adalah "dekat dan unik".
Namun, kapasitas produksi Panasonic secara bertahap mulai membebani Tesla. Pada 13 April 2019, Musk tweeted bahwa "Kapasitas sel dari pabrik super hanya 24GWh. Sejak Juli, kapasitas Model 3 telah dibatasi. Tesla tidak akan menginvestasikan uang lagi hingga kapasitasnya mencapai 35GWh. "
Sebaliknya, Panasonic telah berinvestasi di Gigafactory 1 untuk mengimbangi produksi massal Model 3. Laporan tengah tahunan yang dirilis pada akhir 2018 menunjukkan bahwa bisnis baterai telah mengalami kerugian dua perempat. Pada 2019, Nikkei juga melaporkan bahwa kedua pihak berencana meningkatkan kapasitas produksi pabrik dari 35GWh menjadi 54GWh pada 2020.
Pada Agustus 2019, beberapa media menemukan bahwa Tesla bermaksud bekerja sama dengan LG Chem untuk membeli lebih banyak baterai untuk kendaraan listrik yang diproduksi di China. Pada Desember 2019, Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi Republik Rakyat China mengeluarkan "Model yang Direkomendasikan untuk Promosi dan Penerapan Kendaraan Energi Baru", yang menunjukkan bahwa Model 3 domestik memiliki dua jenis baterai, masing-masing menggunakan baterai Panasonic dan LG Chem, dan jarak jelajah NEDC (mendekati kondisi jalan sebenarnya) adalah 445. Km dan 455 km, kepadatan energinya masing-masing 145Wh / kg dan 153Wh / kg.
Pada bulan September, Presiden Panasonic Tsuga Kazuhiro baru saja memuntahkan kepahitan kepada media: "Elon meminta untuk menurunkan harga pembelian berkali-kali, dan begitu saya menanggapinya. Jika ini terus berlanjut, kita harus mempertimbangkan untuk menghapus semua pabrik super. Karyawan dan peralatan Panasonic. "Ketika ditanya apakah dia menyesal berinvestasi di Tesla Gigafactory, dia menjawab," Ya, tentu saja. "
Empati dan cinta Tesla belum berakhir. Pada 3 Februari 2020, CATL, sebagai pemimpin lebih dari 50% dari kapasitas terpasang baterai listrik China, mengumumkan bahwa mereka akan menyediakan baterai lithium-ion untuk Tesla. Ini adalah baterai lithium iron phosphate (LiFePO4). Meskipun tidak memiliki kobalt, namun memiliki kepadatan energi yang rendah. Hal ini bergantung pada teknologi CTP (Cell to Pack, yang berarti baterai terintegrasi langsung ke dalam paket baterai) untuk mencapai kepadatan energi 160Wh / kg, dan bekerja pada suhu rendah. Juga lebih rendah dari NCA.
Namun kelebihannya adalah murah.Menurut data dari China Chemical and Physical Power Industry Association, harga baterai lithium iron phosphate bisa diturunkan hingga kurang dari 0,7 yuan / Wh, sedangkan baterai lithium ternary biasanya 0,9 yuan / Wh. Menurut seorang analis dari Orient Securities, mengambil model 50kWh sebagai contoh, beralih dari baterai lithium terner ke baterai lithium besi fosfat akan mengurangi subsidi sekitar 2.000 yuan, tetapi biaya baterai dapat dikurangi hingga 12.000 yuan.
Perlu dicatat bahwa "baterai bebas kobalt" yang sering dikatakan orang mengacu pada pengurangan jumlah kobalt dalam baterai litium terner, daripada menggunakan baterai lithium besi fosfat dengan kepadatan energi yang lebih rendah. Penggunaan baterai lithium iron phosphate pada Model 3 domestik dapat menjadi langkah sementara yang digunakan oleh Tesla untuk menurunkan harga.
Jadilah "Master of Your Destiny"
Pada 21 Februari, Tesla menyatakan dalam akun resminya: Tidak ada kobalt, bukan berarti harus lithium iron phosphate. Ia juga mengatakan akan mengadakan konferensi baterai pada bulan April. Tesla kemungkinan akan mengumumkan kemajuan baterai bebas kobalt miliknya.
Menurut Ping An Securities, Tesla diharapkan mengadopsi kombinasi teknologi katoda nikel tinggi + anoda karbon silikon (lithium doped) + elektroda kering + kapasitor super.
Penilaian ini sangat konsisten dengan persepsi industri. Katoda nikel yang tinggi dapat meningkatkan kepadatan energi, tetapi akan mengurangi stabilitas termal, dan elektroda kering dapat mengatasi masalah ini. Elektroda negatif yang didoping silikon dapat meningkatkan kapasitas ion litium dan memastikan bahwa elektroda negatif tidak menjadi hambatan. Superkapasitor dapat memulihkan energi yang terbuang saat menyalakan dan menghentikan kendaraan.
Dalam beberapa tahun terakhir, Tesla telah mempersiapkan momen ini:
-
Pada 2019, ia mengakuisisi Maxwell, produsen superkapasitor, yang teknologi intinya adalah superkapasitor dan elektroda kering.
Diantaranya, kapasitor super dapat memulihkan energi yang terbuang oleh percepatan, perlambatan, start dan stop kendaraan listrik, dan dapat digunakan dengan baterai lithium sebagai tenaga utama. (Jika Anda membandingkan penyimpanan data, baterai lithium setara dengan hard disk, dan kapasitor super setara dengan memori.) Pada 2017, Maxwell telah mengajukan paten untuk solusi baterai lithium kapasitor super untuk platform hybrid.
Teknologi elektroda kering mengacu pada pencampuran langsung pengikat dan bubuk elektroda positif saat membuat elektroda, mengekstrusi lembaran bahan elektroda, dan kemudian menekannya ke kertas logam. Ini dapat mengatasi stabilitas termal yang buruk dari elektroda nikel tinggi baterai lithium terner, sehingga kepadatan energi baterai bisa lebih besar dari 300Wh / kg, dan ada jalur yang layak untuk mencapai 500Wh / kg.
-
Pada 2019, ia mengakuisisi Hibar, produsen peralatan baterai lithium. Ini adalah perusahaan terkemuka di bidang peralatan manufaktur baterai dan dikenal dengan pompa pengukur presisi, sistem injeksi cairan, dan sistem manufaktur baterai.
-
Pada tahun 2020, menurut laporan Electrek, Tesla sedang membangun jalur produksi baterai percontohan di Fremont dan berencana untuk menggunakan peralatannya sendiri untuk memproduksi baterai. Sebelum ini pada Juni 2019, laboratorium desain dan produksi baterai Tesla bernama "Skunkworks Lab" di Fremont terungkap.
-
Pada tahun 2020, beberapa analis berspekulasi bahwa Tesla mengakuisisi SilLion. Perusahaan ini mengembangkan anoda silikon, katoda NCM nikel tinggi, dan elektrolit ionik yang tidak mudah terbakar untuk baterai silinder komersial. Ini adalah salah satu dari sedikit paten yang dapat meningkatkan kinerja anoda. Dibandingkan dengan anoda grafit yang menyimpan 1 ion litium per 6 atom karbon, anoda silikon dapat menyimpan 4,4 ion litium per atom silikon.
Perlu disebutkan bahwa Tesla dapat menjelajahi rute NCM pada baterai yang dikembangkan sendiri. Pada tahun 2016, Tesla mempekerjakan Jeff Dahn, rekan penelitian baterai dari 3M, yang merupakan ahli baterai NCM. Pada tahun 2017, ia mendemonstrasikan sebuah teknologi: untuk meningkatkan komposisi baterai NCM tertentu agar baterai dapat berjalan setelah 480.000 kilometer. Masih ada 95% kapasitas pabrik. Pada September 2019, dia menggambarkan baterai dalam makalahnya yang dapat digunakan di kendaraan listrik sejauh lebih dari 1,6 juta kilometer. SilLion, yang baru saja diakuisisi Tesla, memiliki paten di bidang NCM. Baru-baru ini, Model 3 domestik telah menggunakan baterai NCM LG Chem.
Pada pertemuan pemegang saham 2019, veteran Tesla JB Straubel (yang merupakan ahli baterai Tesla dan CTO) mengatakan: "Kami membutuhkan solusi produksi baterai skala besar." Wakil presiden teknologi Tesla Drew · Baglino menambahkan: "Saya berharap Tesla bisa menjadi 'master dari takdir mereka sendiri' di bidang baterai." Bisa dibayangkan Tesla melakukan bunuh diri dan memasuki bidang tenaga baterainya tidak jauh.
Bahan referensi:
"Tesla's Power Battery Dream", Ping An Research
"Masa Depan Teknologi Baterai", Jeff Desjardins
"Tesla dan Panasonic" War ", Lu Sanjin
"Musk: Apa yang harus saya lakukan selanjutnya, coba tebak," Sun Mingyuan
"Orang pertama yang menggunakan baterai lithium cobalt oxide pada mobil, mengapa Tesla? ", Ren Haining
- Korps Penyelamat Kebakaran Tibet membentuk logistik gabungan yang sehat dan sistem penyelamatan darurat pertahanan bersama
- 45 proyek di Zona Ekonomi Bandara Guangzhou telah ditandatangani dan mulai dibangun, Jalan Longgang dibuka untuk lalu lintas
- Selama liburan Qingming, Guangzhou memiliki keinginan terkuat untuk mengemudi di negara ini, dan Menara Guangzhou, Teluk Shenzhen, serta tempat-tempat indah lainnya adalah yang paling populer.
- Pergi ke akar rumput di Tahun Baru | Desa Beizhuang: Industri akuakultur membuat kantong penduduk desa menjadi besar
- Apa yang enak dan apa yang menyenangkan dan bagaimana cara menghindari lubang ... Apakah Anda siap untuk hitung mundur menuju Tahun Baru Tikus Emas?