El 4680 de Tesla: láminas 'sin pestañas' grabadas con láser hicieron que una celda más grande funcionara más fría, no más caliente

En el Battery Day del 22 de septiembre de 2020, Elon Musk y Drew Baglino presentaron la 4680: una celda cilíndrica de 46 mm de ancho y 80 mm de alto, aproximadamente seis veces el volumen de las celdas Panasonic 2170 que entonces impulsaban los Tesla, que se fabricaría internamente. La razón de ir a un formato grande es el empaquetado: Shirley Meng, de UC San Diego, señaló que los formatos grandes reducen el material inactivo alrededor de cada celda, de modo que la densidad energética a nivel de paquete aumenta y el costo baja. Tesla afirmó que el nuevo diseño reduciría el costo por kilovatio-hora en un 56 por ciento.

El problema es la pestaña. En toda celda de vehículo eléctrico, unas láminas colectoras delgadas de cobre y aluminio transportan la corriente hacia afuera mediante pequeñas pestañas soldadas, y esas pestañas limitan la celda: consumen área recubierta, requieren soldaduras ultrasónicas especializadas y concentran toda la corriente en un solo punto, lo que empeora a medida que la celda crece. Las soluciones convencionales —más pestañas, soldaduras más grandes o simplemente no hacer celdas más grandes— añaden costo o dejan intacta la limitación.

La respuesta de Tesla fue no tener pestaña alguna. Baglino describió el patrón con láser de las láminas colectoras para que sostengan decenas de conexiones con el electrodo: la 'espiral imbricada' impresa en las camisetas del Battery Day. 'La distancia que el electrón tiene que recorrer es mucho menor', dijo Musk: aunque la celda es más grande, tiene una mejor relación potencia-peso. Greg Less, que dirige el Battery Lab de la Universidad de Michigan, confirmó la lógica: eliminar las pestañas libera más área recubierta, lo que aumenta la capacidad sin cambiar nada más.

Cortar las láminas con láser para que todo el borde se convierta en la pestaña

La resistencia crece con la longitud del recorrido de la corriente; repartir la recolección por todo el borde del electrodo colapsa ese recorrido sin importar cuánto se ensanche la carcasa.

Las pestañas desperdician área recubierta y exigen una soldadura de precisión en cada lámina; eliminarlas suprime un paso lento y propenso a fallos de la línea de montaje.

Celdas más grandes significan menos celdas por paquete: menos carcasas, soldaduras y conexiones de bus, que es donde realmente residen el costo y la masa inactiva.

El truco es geometría pura: la relación potencia-peso de la celda mejora mientras la química, los recubrimientos y los proveedores siguen igual.

Encuentra la pieza que impide escalar y elimínala. La pestaña soldada que servía a una celda de portátil se convirtió en el cuello de botella a 46 mm; eliminarla transformó una limitación de fabricación en una ventaja de potencia.

El aumento de producción fue más lento que lo prometido: Tesla luchó contra los cuellos de botella del electrodo seco durante 2022 y 2023. En la llamada del primer trimestre de 2023, Baglino dijo que Tesla producía no solo la celda sin pestañas de primera generación sino 'una segunda versión más fabricable' en la Gigafactory Texas, con una producción un 50 por ciento mayor trimestre tras trimestre y un costo unitario un 25 por ciento menor en el trimestre. La celda también habilitó el paquete estructural —las celdas como piso del vehículo— al que se atribuye un costo de capital un 50 por ciento menor y una fábrica un 66 por ciento más pequeña por GWh; el Model Y de Texas se entregó primero con él, luego el Cybertruck.