Вчені розібрали батареї Tesla та BYD: хто переможе у битві технологій

Команда дослідників з Рейнсько-Вестфальського технічного університету Аахена в Німеччині провела унікальне дослідження, розібравши на компоненти батареї двох провідних виробників електромобілів — Tesla та BYD. Результати аналізу показали кардинально різні підходи компаній до створення акумуляторних технологій майбутнього.

Tesla обрала шлях високоенергетичних циліндричних елементів, представлених батареєю 4680, яка розроблена для максимальної потужності та запасу ходу. BYD натомість пішла іншим шляхом, створивши Blade-батарею — призматичний літій-залізо-фосфатний елемент, що ставить у пріоритет безпеку, довговічність та доступність.

Йонас Горш, провідний автор дослідження та науковець кафедри виробничої інженерії компонентів електромобільності, пояснив мотивацію роботи: «Доступно дуже обмежено глибинних даних та аналізів сучасних батарей для автомобільних застосувань». Виробники неохоче діляться деталями своїх розробок, оскільки це надзвичайно конкурентна сфера, де кожен фрагмент інформації може мати вирішальне значення.

Дослідники застосували комплексний підхід, аналізуючи механічну структуру, матеріали та електричні характеристики обох батарей. Вони тестували енергетичну щільність, теплову ефективність, внутрішній опір та виробничі процеси, використовуючи такі інструменти як скануюча електронна мікроскопія, термогравіметричний аналіз та вимірювання опору постійного струму.

Геометричні відмінності батарей одразу демонструють різні філософії компаній. Елемент Tesla 4680 має циліндричну форму діаметром 46 міліметрів та довжиною 80 міліметрів. Батарея BYD Blade являє собою довгий та тонкий призматичний елемент висотою 90 міліметрів, довжиною 965 міліметрів та товщиною лише 14 міліметрів.

У сфері накопичення енергії батарея Tesla 4680 демонструє чітку перевагу як за гравіметричною, так і за об'ємною енергетичною щільністю. Елемент Tesla досягає показників 241 Вт·год/кг та 643 Вт·год/л, значно перевершуючи BYD Blade з її 160 Вт·год/кг та 355 Вт·год/л. Це означає, що батарейні блоки Tesla можуть бути легшими та компактнішими при однаковій енергетичній віддачі.

Однак висока енергетична щільність має свою ціну у буквальному сенсі. Катодний матеріал з високим вмістом нікелю в елементі Tesla 4680 коштує дорожче за літій-залізо-фосфатний катод у BYD Blade. Крім того, літій-залізо-фосфатні елементи мають кращу термічну стабільність, що робить їх менш схильними до перегрівання чи термічного розгону.

Геометричні відмінності батарей мають не лише естетичне значення. Елемент Tesla 4680 використовує конфігурацію «желейного рулету», де електродні шари щільно намотані всередині корпусу. BYD Blade натомість застосовує так званий Z-подібний електродний стек, що сприяє кращій механічній стабільності.

Ці конструктивні відмінності також впливають на виробничі процеси. Tesla використовує спрощений процес, що виключає традиційні вкладки, застосовуючи лазерне зварювання для прямого з'єднання електродних листів. BYD поєднує ультразвукове та лазерне зварювання, забезпечуючи міцні електродні з'єднання при збереженні ефективного виробничого потоку.

Дослідження принесло й несподівані відкриття. «Ми були здивовані, не знайшовши кремнію в анодах жодного з елементів, особливо в елементі Tesla, оскільки кремній широко розглядається в дослідженнях як ключовий матеріал для підвищення енергетичної щільності», — зазначив Горш.

Вартість залишається основним фактором широкого впровадження електромобілів. Дослідження показує, що елемент Tesla 4680 з його високонікелевим катодом має цінову невигоду приблизно 10 доларів за кіловат-годину порівняно з BYD Blade. Причина полягає в тому, що ціни на нікель та кобальт залишаються високими, тоді як літій-залізо-фосфатні матеріали — переважно залізо та фосфат — більш поширені та стабільні за вартістю.

Батареї також мають різну теплову ефективність. Аналіз показує, що вищий внутрішній опір елемента Tesla 4680 призводить до більшого тепловиділення, особливо при високих рівнях заряду. Це може створювати проблеми для швидкого заряджання та довготривалої довговічності.

BYD Blade натомість користується перевагами літій-залізо-фосфатної хімії, яка природно генерує менше тепла та більш стійка до термічного розгону. Крім того, її призматичний формат дозволяє застосовувати простіші стратегії теплового управління, що є ключовою причиною визнання батарей BYD за безпеку.

Зрештою, батарея Tesla здається більш придатною для високопродуктивних та люксових автомобілів, тоді як масові та комерційні транспортні засоби, що цінують довговічність та надійність, можуть краще скористатися підходом BYD. Питання не в тому, яка батарея краща, а в тому, яка краще підходить для конкретного автомобіля.