A célula 4680 da Tesla: folhas 'sem aba' gravadas a laser fizeram uma célula maior funcionar mais fria, não mais quente

No Battery Day, em 22 de setembro de 2020, Elon Musk e Drew Baglino apresentaram a 4680: uma célula cilíndrica de 46 mm de largura e 80 mm de altura, com cerca de seis vezes o volume das células Panasonic 2170 que então equipavam os Teslas, a ser fabricada internamente. A vantagem de aumentar o tamanho está no empacotamento: Shirley Meng, da UC San Diego, observou que formatos grandes reduzem o material inativo ao redor de cada célula, de modo que a densidade energética no nível do pack aumenta e o custo cai. A Tesla afirmou que o novo design reduziria o custo por quilowatt-hora em 56 por cento.

O problema está na aba. Em toda célula de veículo elétrico, finas folhas coletoras de cobre e alumínio conduzem a corrente para fora por meio de pequenas abas soldadas, e essas abas limitam a célula: consomem área revestida, exigem soldas ultrassônicas especializadas e concentram toda a corrente em um único ponto, o que piora à medida que a célula cresce. As soluções convencionais — mais abas, soldas maiores ou simplesmente não fabricar células maiores — cada uma acrescenta custo ou deixa a restrição intacta.

A resposta da Tesla foi não ter aba alguma. Baglino descreveu a padronização a laser das folhas coletoras para que elas mantenham dezenas de conexões com o eletrodo — a 'espiral em telhas' impressa nas camisetas do Battery Day. 'A distância que o elétron precisa percorrer é muito menor', disse Musk: embora a célula seja maior, ela tem uma melhor relação potência-peso. Greg Less, que dirige o Battery Lab da Universidade de Michigan, confirmou a lógica — eliminar as abas libera mais área revestida, aumentando a capacidade sem mudar nada mais.

Cortar as folhas a laser para que toda a borda se torne a aba

A resistência cresce com o comprimento do caminho da corrente; distribuir a coleta por toda a borda do eletrodo encurta esse caminho, não importa quão larga a lata fique.

As abas desperdiçam área revestida e exigem uma solda de precisão em cada folha; removê-las elimina uma etapa lenta e propensa a falhas da linha de montagem.

Células maiores significam menos células por pack — menos invólucros, soldas e conexões de barramento, que é onde o custo e a massa inativa realmente estão.

O truque é pura geometria: a relação potência-peso da célula melhora enquanto a química, os revestimentos e os fornecedores permanecem os mesmos.

Encontre a peça que impede o aumento de escala e elimine-a. A aba soldada que servia a uma célula de laptop tornou-se o gargalo aos 46 mm; removê-la transformou uma restrição de fabricação em uma vantagem de potência.

A rampa foi mais lenta que o discurso: a Tesla enfrentou gargalos do eletrodo seco ao longo de 2022 e 2023. Na teleconferência do primeiro trimestre de 2023, Baglino disse que a Tesla estava produzindo não apenas a célula sem aba de primeira geração, mas 'uma segunda versão mais fabricável' na Gigafactory Texas, com produção 50 por cento maior em relação ao trimestre anterior e custo unitário 25 por cento menor no trimestre. A célula também viabilizou o pack estrutural — células como o assoalho do veículo — creditado com custo de capital 50 por cento menor e uma fábrica 66 por cento menor por GWh; o Model Y do Texas saiu primeiro com ele, depois o Cybertruck.