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ECONOMÍA Y EFICIENCIA

Tesla emplea diferentes químicas y tamaños de batería: ¿qué hay debajo del 'capó' de tu Tesla?

El fabricante emplea ahora diferentes químicas de baterías y diferentes relaciones de tamaño en las baterías de sus coches eléctricos, aunque siempre con celdas cilíndricas, y tiene varios motivos para hacerlo.

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Aunque siempre con forma cilíndrica, las baterías de los coches eléctricos de Tesla pueden contener celdas de diferentes tamaños y diferentes químicas.

Cuando Tesla solo vendía el Model S y el Model X, limitaba la química y el tamaño de las celdas de sus baterías a uno solo, variando la capacidad total del conjunto para diferenciar sus variantes. Pero con la llegada del Model 3, la apertura de la fábrica de Shanghái, la necesidad de reducir costes y el avance del desarrollo de sus nuevas baterías todo ha cambiado. Ahora Tesla emplea tres químicas de batería diferentes, todas ellas basadas en la tecnología de los iones de litio, y también tres tamaños de celda cilíndrica. Y tiene varias razones para hacerlo así.

Todo empezó con el Model S y el Model X. Con el permiso del Roadster, en estos primeros coches eléctricos de Tesla que comenzaron a comercializarse por todo el mundo las celdas de batería respondía a un formato cilíndrico y a la nomenclatura 18650 (o 1865). Esto significa que sus dimensiones eran de 18 mm de diámetro y 65 mm de alto. Estas celdas producidas por Panasonic se empaquetaban de manera que formasen una batería con diferentes capacidades.

En todos los casos, Tesla empleaba para ellas la química NCA (níquel, cobalto, óxido de aluminio y litio). Esta terna ofrece la energía específica más alta, acompañada por una potencia específica suficiente y un ciclo de vida prolongado. Esta es la razón por la que son muy adecuados para el mercado de vehículos eléctricos, a pesar de que necesitan controles de seguridad muy altos debido a su naturaleza más inestable.

De hecho, el principal fabricante que las ha empleado siempre es Tesla. Además de en los mencionados anteriormente también es la química que usa para el Model 3 y para el Model Y, aunque en este caso hay algunos cambios. El más importante es el del tamaño. Aquí Tesla pasó a las celdas cilíndricas 2170 (21 mm de diámetro y 70 mm de alto) más grandes, más densas energéticamente y más económicas, pues su mayor tamaño reduce el número de celdas y también el de conectores y sistemas auxiliares de control.

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El Tesla Model 3 puede llevar celdas de baterías NCA o LFP. En Shanghái, la variante de Autonomía Estándar emplea baterías de litio ferrofosfato.

Hasta la apertura de la fábrica de Tesla en Shanghái, el fabricante mantuvo esta oferta de baterías para sus coches eléctricos. Pero el mercado chino, la necesidad de reducir costes y la escasez de los materiales hizo que hace poco cambiara parte de esta estrategia. En la actualidad la química NCA se mantiene en todas las celdas 1865 de los Model S y Model X y también en los Model 3 y Model Y con dos motores eléctricos, con formato 2170.

Hasta su llegada a China Tesla solo contaba con Panasonic como proveedor de baterías. Pero la gran demanda y la lógica de la cadena de suministro hicieron que Tesla ampliará su cartera entrando a formar parte de ella LG Energy Solution (la antigua LG Chem). El fabricante coreano fue seleccionado como el único proveedor de baterías del Tesla Model Y de Shanghái que incluye baterías cilíndricas de níquel, cobalto y manganeso (NCM).

Esta terna, con diferentes porcentajes de cada uno de sus componentes, está muy generalizada, aunque también está llegando al límite de su rendimiento. Ofrecen una alta energía específica y, al mismo tiempo, es muy estable. Estas características, además de hacerlas adecuadas para herramientas eléctricas, las hacen ideales para sistemas de propulsión en prácticamente todos los tipos de vehículos eléctricos, desde bicicletas, pasado por scooters hasta los coches de todos los tamaños. Tesla también las ha utilizado en los Powerwall, sus baterías estacionarias.

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Diferentes tamaños de las celdas de baterías cilíndricas de Panasonic. De izquierda a derecha: 1865 (18 mm de diámetro, 65 mm de alto), 2170 (21 mm de diámetro, 70 mm de alto), 4680 (46 mm de diámetro, 80 mm de alto).

Sin embargo, para las unidades fabricadas en China del Model 3 y del Model Y con un solo motor Tesla comenzó a utilizar la química LFP. Las baterías de litio ferrofosfato utilizan fosfato como material para el cátodo y un electrodo de carbón grafítico como ánodo. Tienen largos ciclos de vida, buena estabilidad térmica y trabajan bien en el sentido electromecánico. Su mayor inconveniente está en su baja energía específica, que se traduce en una reducción de la densidad de energía respecto a otras tipologías, pero también en un menor coste, puesto que no precisan de cobalto, un material caro y complicado de conseguir.

Precisamente, su baja densidad energética es la que había limitado esta tecnología a algunos vehículos de gran tamaño, ya que su coste es significativamente inferior y son incluso más seguras. Esta situación ha llevado a que sea el mercado chino el primero que ha adoptado esta tecnología, razón por la que el 95 % de las baterías LFP se fabrica allí. Tesla ha aprovechado esta circunstancia para montarla en el Model 3 de Autonomía estándar que se fabrica en Shanghái. Una decisión que muy probablemente se extenderá también a los fabricados en Estados Unidos y también en Europa. Las pruebas realizadas con las unidades fabricadas en China, incluso en condiciones de frío intenso, han dado resultados muy esperanzadores.

Por último, desde el pasado 22 de septiembre de 2020, cuando se celebró el Battery Day, Tesla presentó lo que supone un cambio fundamental en las baterías. La nueva relación de forma será capaz de reducir significativamente el precio de los coches eléctricos. Se trata de las nuevas celdas de batería 4680 (46 mm de diámetro y 80 mm de alto), significativamente más grandes que es resto. Ofrecen una capacidad energética cinco veces superior y su mayor tamaño multiplica por más de cinco el volumen de material activo que puede albergar y la eliminación de los conectores que unen cada electrodo con la carcasa de la batería. Permiten elevar las prestaciones para alcanzar un 16% más de autonomía y reducir los costes de producción. Elon Musk aseguró que el formato había sido seleccionado como un límite óptimo que permite reducir los costes de producción sin causar problemas en la carga a alta potencia y sin ocasionar dificultades al sistema de gestión térmica, que ocurren en el caso de las celdas más grandes. 

A ello se une su capacidad para formar baterías estructurales. Situadas en el piso del vehículo, formarán parte de su estructura resistente lo que permite reducir las piezas de refuerzo y, por lo tanto, el peso total y el coste de producción. Con el nuevo planteamiento de Tesla, la plataforma que incluye la batería se une a la carrocería formando parte de la estructura del coche.

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Las características de rendimiento de las celdas 4680 y su capacidad para formar baterías estructurales reducirá el precio de los coches eléctricos de Tesla.

El Tesla Model Y será el primero de sus coches eléctricos que vea la luz con la nueva batería estructural formada por celdas cilíndricas 4680. El siguiente modelo que dispondrá de ellas será el Tesla Cybertruck. Dos vehículos de los que se espera una fuerte demanda una vez que lleguen al mercado y que exigirán un esfuerzo redoblado por parte Tesla, de Panasonic y de aquellos otros fabricantes que el fabricante californiano necesitará para afrontar la demanda que se le avecina.

Las últimas afirmaciones del CEO de Tesla, Elon Musk, añaden una química más a todas las mencionadas hasta ahora. Durante el evento en el que el CEO de Tesla entregó las primearas unidades del Model Y que han salido de las líneas de producción de la Gigafactoría de Berlín, el dirigente afirmó que ve un gran potencial en la química de las baterías basadas en manganeso.

Tesla lleva un tiempo explorando las propiedades del manganeso para su uso en celdas de baterías. Ya en el Battery Day, Musk afirmaba que "es relativamente sencillo hacer un cátodo que tenga dos tercios de níquel y un tercio de manganeso, lo que nos permitiría producir un 50 % más de volumen de celda con la misma cantidad de níquel". El objetivo es utilizar esta química como complemento a las químicas basadas en níquel y hierro, es decir, una opción que estará a medio camino entre las ternas ricas en níquel (NCM y NCA) y las de hierro (LFP).

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