Tesla revolutioniert Batterie-Herstellung mit neuer 4680er Zelle

Autobauer verspricht mit 4680er Zelle 54 Prozent mehr Reichweite bei gleichzeitiger Reduzierung der Produktionskosten um 56 Prozent.

Tesla hat beim Battery Day den Plan vorgestellt, wie der Wandel zu erneuerbaren Energien in den Stromnetzen und um Verkehrssektor erheblich beschleunigt werden kann. Durch Vergrößerung des Zelldesigns und viele andere, kleine Schritte soll eine Reduktion der Produktionskosten um mehr als 50 Prozent erreicht werden. Dazu haben Elon Musk und sein Team die 4680er Roadrunner-Zelle mit einem Durchmesser von 46 und einer Höhe von 80 Millimetern entwickelt.

Die 4680er-Zelle enthält viele der Elemente, die im Artikel zum Roadrunner-Projekt zuletzt vorgestellt wurden. Das größere Format im Vergleich zu den herkömmlichen 1865er bzw. 2170er Zellen alleine reduziert die Kosten pro Kilowattstunde um 16 Prozent. Doch dazu mussten die Ingenieure das Problem vergrößerter Zellen lösen: Das Wärmemanagement.

Einen Rückblick mit vielen Reaktionen rund um den besonderen Tesla-Tag gibt es hier.

Um die zu starke Hitzeentwicklung zu überwinden, entstand ein Design, bei dem kein spezieller Stromabnehmer verbaut ist, sondern der jeweilige Deckel zur Übertragung der Energie genutzt wird. Das hat den Vorteil, dass die Elektronen einen viel kürzeren Weg zurücklegen müssen als im bisherigen Batterie-Design. Das wiederum verbessert die Ladegeschwindigkeit der Zellen.

Kobaltfreie Kathode aus Nickel-Mangan

Doch das Batteriedesign ist nur eine von zahlreichen Verbesserungen, die Tesla im Zuge der Entwicklung der 4680er Zelle vorgenommen hat. Im Hinblick auf die Materialzusammensetzung der Kathode wird künftig auf das überaus teure Kobalt verzichtet. Stattdessen kommt ein Mix aus 2/3 Nickel und 1/3 Mangan zum Einsatz.

Die High-Nickel-Kathode will Tesla übrigens ausschließlich mit Materialien aus Nevada und Umgebung produzieren – auch diesen Schritt übernimmt der Autobauer zumindest in den USA künftig selbst. Entscheidendes Ziel hierbei ist es, die Transportkosten für das Heranfahren der Rohstoffe um 80 Prozent zu reduzieren.

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Allein in Nevada gebe es genug Lithium, um den gesamten Fuhrpark der USA zu versorgen, betonte Elon Musk in der gut zweistündigen Präsentation beim Battery Day. Zur Förderung des weißen Goldes mit dem schwarzen Fleck kündigte Tesla einen neuen, effizienteren und umweltschonenderen Prozess an.

Trocken-Elektrode und Anode aus Roh-Silizium

Schritt für Schritt revolutioniert Tesla damit die Batterieproduktion. Ein Element ist der Einsatz der von Maxwell entwickelten Trocken-Elektrode. Diese macht einen Teil des aufwändigen Prozesses überflüssig. Bei der Entwicklung der Anode hat Tesla eine weitere Herausforderung gelöst: Diese wird künftig aus Roh-Silizium bestehen. Silizium hat deutlich mehr Potenzial zur Energiespeicherung als das bislang übliche Graphit.

4680er-Zelle: Auf dem Weg zur Terawattproduktion

Der Plan, den Elon Musk zusammen mit einem leitenden Ingenieur darlegte, ist famos: Letztlich will Tesla eine Fabrik mit einer jährlichen Terawattstunden-Kapazität errichten, die einen kleineren Platzbedarf hat als heutige Gigafactories mit einer Kapazität von 150 Gigawattstunden.

All die Verbesserungen summieren sich auf beeindruckende Größen: mehr als 50 Prozent weniger Kosten, mehr als 50 Prozent bessere Energiedichte und damit Reichweiten. Und das Ganze gepaart mit einer besseren Leistungsdichte, die schnelle Ladezeiten verspricht. Und natürlich, ganz nebenbei, das Ersetzen von Kobalt als teuerstem und aus Umweltsicht fragwürdigstem Rohstoff durch Nickel und Mangan.

Batterie-Revolution braucht noch Zeit

Es ist eine Batterie-Revolution, die allerdings noch ein wenig Zeit benötigt. Derzeit hat Tesla im Gebäude an der Kato Road in Fremont die vierte Generation der Maschinen der Tochter Grohmann installiert. Bis die Massenporoduktion gelingt – Tesla strebt zunächst 10 Gigawattstunden an – werden zwei bis drei weitere Generationen benötigt. Im Rhythmus von drei bis vier Monaten werden neue Maschinen integriert.

Einen ersten Teil der Verbesserungen wird Tesla in 12 bis 15 Monaten realisieren können – bis alle Innovationen implementiert sind wird es noch drei Jahre dauern. Während Tesla langfristig eine Produktionskapazität von 10 Terawattstunden anstrebt, sollen es bis 2030 zunächst drei Terawattstunden werden.

Während der Präsentation zeigte Tesla Videos einzelner Maschinen in Fremont, die die Pilotlinie dort bilden. Die Geschwindigkeit der Produktion ist unglaublich und verrückt. Diese Innovation ist auch eine Revolution des Denkansatzes: Getrieben von dem Wissen, dass der Übergang zu erneuerbaren Energien massivst beschleunigt werden muss, hat Tesla eine Vielzahl einzelner Herausforderungen gelöst – und damit eine Batterie-Revolution ausgelöst.

Die gesamte Präsentation von Tesla kann hier im Replay und mit Kommentaren von „Now you know“ angeschaut werden:

Tesla setzt Konkurrenten massiv unter Druck

Mit der gewaltigen Kostensenkung von mehr als 50 Prozent kommt Tesla weit unter 100 Dollar pro Kilowattstunde – und macht damit den Kauf eines Verbrenners zur kostspieligen Angelegenheit. Und: Der Autobauer setzt alle anderen Player wie GM, Mercedes oder BMW massiv unter Druck, mindestens vergleichbare Schritte im Hinblick auf die Kosten und Leistungsdaten ihrer Batteriepacks zu schaffen.

Bislang scheint es, als hätten einzig Toyota und Volkswagen mit angekündigten Feststoffbatterien ernsthafte Alternativ-Kandidaten. Wer nichts vergleichbares entwickeln kann, wird entweder in die Pleite rutschen oder Batterien vom Technologieführer einkaufen müssen.

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