In Teslas Bestreben, das Batterieversprechen von Elon Musk zu halten

Die schlechte Nachricht ist, dass es laut 12 Experten, die Tesla nahe stehen oder mit seiner neuen Technologie vertraut sind, erst auf halbem Weg ist. Das liegt daran, dass die Trockenbeschichtungstechnik, die zur Herstellung der größeren Zellen in Teslas 4680-Batterie verwendet wird, so neu und unerprobt ist, dass das Unternehmen Schwierigkeiten hat, die Produktion bis zu dem Punkt zu skalieren, an dem die großen Kosteneinsparungen eintreten, sagten die Experten gegenüber Reuters. „Sie sind einfach nicht reif für die Massenproduktion“, sagte einer der Tesla-nahen Experten. Dennoch könnten die Gewinne, die Tesla bereits in den letzten zwei Jahren bei der Senkung der Produktionskosten für Batterien erzielt hat, dazu beitragen, die Gewinne zu steigern und seinen Vorsprung gegenüber den meisten Konkurrenten von Elektrofahrzeugen (EV) auszubauen. Die von Musk versprochenen Verbesserungen bei Batteriekosten und -leistung werden von Investoren als entscheidend für Teslas Bestreben angesehen, eine Ära einzuläuten, in der das Unternehmen ein 25.000-Dollar-EV mit Gewinn verkaufen kann – und eine bessere Chance hat, seine Ziele für 2030 zu erreichen. Batteriesysteme sind das teuerste Einzelelement in den meisten Elektrofahrzeugen, daher ist die Herstellung kostengünstiger Hochleistungspakete der Schlüssel zur Herstellung erschwinglicher Elektroautos, die mit Verbrennungsmotor-Konkurrenten zu Spitzenpreisen mithalten können. Tesla ist einer von nur einer Handvoll großer Autohersteller, die ihre eigenen EV-Batterien herstellen, und durch die Herstellung von Modell-Y-Zellen in US-Werken bleibt der SUV für US-Steuergutschriften berechtigt, wenn viele konkurrierende EVs möglicherweise nicht mehr in Frage kommen. Unter den 12 Batterieexperten, mit denen Reuters sprach, haben neun enge Verbindungen zu Tesla und drei der neun haben Teslas neue und alte Batterietechnologie durch Teardowns von innen und außen untersucht. Tesla reagierte nicht auf Anfragen nach Kommentaren. ‚ER WIRD LÖSEN ES‘ Die Quellen sagen voraus, dass es für Tesla schwierig sein wird, den neuen Trockenbeschichtungs-Herstellungsprozess vor Ende dieses Jahres und vielleicht nicht vor 2023 vollständig zu implementieren. Stan Whittinghamein Miterfinder von Lithium-Ionen-Batterien und Nobelpreisträger von 2019, glaubt, dass Tesla-Chef Elon Musk zu optimistisch hinsichtlich des Zeitrahmens für die Kommerzialisierung der neuen Technik war. „Ich denke, er wird es lösen, aber es wird nicht so schnell gehen, wie er möchte. Es wird einige Zeit dauern, es wirklich zu testen“, sagte er. Im August teilte Musk den Aktionären mit, dass Tesla bis Ende 2022 große Mengen von 4680 Batterien produzieren werde. Laut Experten konnte Tesla die Batteriekosten des Model Y bisher nur um 2.000 bis 3.000 US-Dollar senken, etwa die Hälfte der Einsparungen, die Tesla für die vor zwei Jahren vorgestellte 4680-Batterie geplant hatte. Aber diese Einsparungen sind hauptsächlich auf das Design der neuen 4680-Zellen zurückzuführen, die größer sind als die in Teslas aktueller 2170-Batterie, sagten sie. Aber das Herzstück des Bestrebens, die Kosten zu senken, ist die Trockenbeschichtungstechnologie, die Musk als revolutionär, aber schwierig umzusetzen beschrieben hat. Laut den Quellen sollte es bis zu die Hälfte der Kosteneinsparungen von 5.500 US-Dollar liefern, die Tesla hofft, durch die Senkung der Herstellungskosten und der einmaligen Investitionsausgaben zu erzielen. Tesla erwarb das Know-how im Jahr 2019, als es über 200 Millionen US-Dollar dafür bezahlte Maxwell Technologies, ein Unternehmen in San Diego, das Ultrakondensatoren herstellt, die Energie für Geräte speichern, die schnelle Stromstöße benötigen, wie z. B. Kamerablitze. Aufbauend auf der Technologie von Maxwell begann Tesla in diesem Jahr mit der Herstellung von 4680 Trockenzellen, zunächst in einem Pilotprojekt in der Nähe seines Werks in Fremont, Kalifornien, und kürzlich in seinem neuen globalen Hauptsitz in Austin, Texas. ‚KLASSENBESTER‘ Die Technologie ermöglicht es Tesla, auf das ältere, komplexere und kostspieligere Nassbeschichtungsverfahren zu verzichten. Es ist teuer, weil es eine beträchtliche Menge an Strom, Maschinen, Fabrikraum, Zeit und viele Arbeitskräfte benötigt. Um Elektroden im Nassverfahren zu beschichten, mischen Batteriehersteller die Materialien mit giftigen Binderlösungsmitteln. Nach der Beschichtung werden die Elektroden in riesigen Öfen getrocknet, wobei die giftigen Lösungsmittel, die während des Prozesses verdunsten, zurückgewonnen, behandelt und wiederverwertet werden – all dies erhöht die Kosten. Bei der neuen Technologie werden Elektroden mit unterschiedlichen Bindemitteln flüssigkeitsarm beschichtet und müssen daher nicht getrocknet werden. Das heißt, es ist billiger, schneller und auch weniger umweltschädlich. Aufgrund seiner Einfachheit ermöglicht der Prozess Tesla, die Investitionsausgaben um ein Drittel zu senken und sowohl den Platzbedarf einer Fabrik als auch ihren Energieverbrauch auf ein Zehntel dessen zu reduzieren, was für den Nassprozess benötigt würde, sagte Tesla. Aber das Unternehmen hatte Probleme, den Prozess zu kommerzialisieren, sagten die Quellen. Maxwell hat sein Trockenbeschichtungsverfahren für Ultrakondensatoren entwickelt, aber die Herausforderung bei Beschichtungselektroden für EV-Batterien besteht darin, dass sie viel größer und dicker sind, was es schwierig macht, sie mit gleichbleibender Qualität bei Massenproduktionsgeschwindigkeiten zu beschichten. „Sie können in kleinen Mengen produzieren, aber als sie mit der Großserienproduktion begannen, endete Tesla mit vielen Ablehnungen, zu vielen“, sagte eine der Quellen mit Verbindungen zu Tesla gegenüber Reuters. Die Produktionsausbeute war so gering, dass alle erwarteten Kosteneinsparungen durch das neue Verfahren verloren gingen, sagte die Quelle. Wenn alle potenziellen Effizienzgewinne durch die Trockenbeschichtung und die größeren Zellen realisiert werden, sollten die Herstellungskosten für den 4680-Akku des Modells Y auf 5.000 bis 5.500 US-Dollar sinken – etwa die Hälfte der Kosten des 2170-Akkus, so die Quellen. Die steigenden Kosten für Batteriematerialien und -energie stellen jedoch ein Risiko für diese Prognosen dar, und Tesla konnte die Energiedichte der neuen Batterie oder die Menge an Leistung, die sie enthält, noch nicht signifikant verbessern, wie Musk es versprochen hat. Trotz dieser Faktoren werden die von Tesla erwarteten Einsparungen dazu führen, dass die 4680-Batterie auf absehbare Zeit zur „Klassenbesten“ der Branche wird, sagte eine Quelle. AUFBAUEN Ein Großteil der bisher mit der 4680-Batterie erzielten Kosteneinsparungen von 2.000 bis 3.000 US-Dollar ist auf andere Verbesserungen zurückzuführen, und die Verwendung größerer Zellen hat sich als besonders wirksam erwiesen, sagten die Experten. Die 4680-Zellen haben das 5,5-fache Volumen der 2170-Zellen. Die älteren zylindrischen Zellen haben einen Durchmesser von 21 mm und eine Höhe von 70 mm, daher der Name. Die 4680-Zellen haben einen Durchmesser von 46 mm und sind 80 mm hoch. Mit der älteren Technologie benötigt Tesla etwa 4.400 Zellen, um das Model Y mit Strom zu versorgen, und es gibt 17.600 Punkte, die geschweißt werden müssen – vier pro Zelle –, um ein Paket zu schaffen, das in das Auto integriert werden kann, sagten die Quellen. Das 4680-Batteriepaket benötigt nur 830 Zellen, und Tesla hat das Design so geändert, dass es nur zwei Schweißpunkte pro Zelle gibt, was die Schweißung auf 1.660 Punkte reduziert und zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Das einfachere Design bedeutet auch, dass es weniger Anschlüsse und andere Komponenten gibt, wodurch Tesla weitere Arbeitskosten und Maschinenzeit einsparen konnte. Eine weitere Effizienzquelle war das weitaus robustere Außengehäuse der größeren Zelle. Tesla kann die Zellen nun mit Klebstoff zu einem starren, wabenartigen Paket zusammenfügen, das dann direkt mit der inneren Karosseriestruktur des Modells Y verbunden wird. Dadurch entfällt der Zwischenschritt des Bündelns von Zellen zu größeren Modulen, die dann in ein herkömmliches Batteriepaket eingebaut werden, so die Quellen. Durch die Umstellung auf dieses „Cell to Vehicle“-Design kann Tesla das Gewicht eines herkömmlichen 1.200-Pfund-Batteriepakets um 55 Pfund oder mehr reduzieren – was etwa 500 bis 600 US-Dollar pro Paket einspart, sagte eine der Quellen. Aber die Beherrschung der Trockenbeschichtungstechnik bleibt der heilige Gral.
„Das Verdichten der Batteriezelle hat sehr zur Steigerung der Effizienz beigetragen, aber auf 50 % Kosteneinsparungen für die Zelle als Ganzes zu drängen, ist eine andere Sache“, sagte eine Quelle. „Das wird davon abhängen, ob Tesla das Trockenbeschichtungsverfahren erfolgreich in einer Fabrik einsetzen kann.“