Battery Day: Wie Tesla die Akkukosten halbieren will

Beim sogenannten Battery Day hat Tesla gezeigt, wie das Unternehmen in den nächsten drei Jahren die Kosten der Akkus halbieren und die Akkuproduktion bis 2030 auf 3 TWh, also 3.000 Gigawattstunden, steigern will. Die Veranstaltung wurde lange erwartet und war mit großen Erwartungen verbunden. Der Battery Day fand im Rahmen der diesjährigen Aktionärsversammlung statt und sollte einen Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der Akkutechnik von Tesla geben.

Was Tesla geliefert hat, wird so manchen Beobachter enttäuschen. Denn Tesla hat keinen Wunderakku vorgestellt. Der Fokus liegt in der Verbesserung der gesamten Kette von Produktionsabläufen, von den Rohstoffen aus dem Bergbau bis zum fertigen Akku im Auto. Dort hat Tesla Großes geleistet. In diesen Verbesserungen steckt das, was eine Umstellung der Autowirtschaft auf Elektroautos und den Bau von Speichern für erneuerbare Energien überhaupt möglich machen kann. Denn dafür ist etwa eine Verhundertfachung der weltweiten Produktionskapazitäten nötig. Ein Wunderakku nützt nichts, wenn er nicht auch in großen Mengen hergestellt werden kann.

Während der Präsentation betonten Tesla-Chef Elon Musk und Drew Baglino, der Leiter der Energiesysteme bei Tesla, immer wieder die Wichtigkeit, kompaktere, effizientere und damit auch billigere Anlagen zu bauen. Sie wollen Akkus mit weniger Arbeitsschritten als bisher herstellen und weniger Investitionskapital benötigen. Sie zogen dabei Parallelen zur Herstellung von Flaschen und dem Zeitungsdruck im 20. Jahrhundert. Die Anlagen dafür wurden immer weiter optimiert, mit kontinuierlichen Arbeitsabläufen, so dass die Herstellungskosten schließlich auf einen Bruchteil sanken.

Die neuen Zellen haben ein größeres Volumen

Über die Technik der neuen Akkus wurde schon im Vorfeld der Veranstaltung einiges bekannt, viele der Gerüchte wurden bestätigt. Es handelt sich um viel größere Akkuzellen mit 46 mm Durchmesser und 80 mm Höhe. Diese sogenannten 4680-Zellen haben das 5,5-fache Volumen der bisherigen 2170-Zellen von Tesla und das 8-fache Volumen der 18650-Zellen, wie sie in älteren Tesla-Modellen oder größeren Laptops zum Einsatz kamen. Dadurch müssen weniger einzelne Zellen gebaut werden, um die gleiche Energiemenge zu speichern.

Zusätzlich kann das Volumen in den größeren Zellen besser ausgenutzt werden, durch die kleinere Oberfläche wird weniger Material im Stahlgehäuse der Zelle benötigt, wodurch auch die Energiedichte steigt. Um das alles überhaupt möglich zu machen, musste Tesla den inneren Aufbau der Akkus verändern, wie schon in einem zuvor angemeldeten Patent klar wurde. Denn einfach nur größere Zellen zu bauen, würde große Probleme im Wärmemanagement des Akkus verursachen und Schnellladung fast unmöglich machen. Außerdem stiege der elektrische Widerstand.

Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die Anode und Kathode bisher nur mit jeweils einem kleinen elektrischen Kontakt versehen sind, über den der Strom in den Akku und aus ihm heraus geleitet wird. Anode und Kathode sind dabei lange aufgerollte Streifen aus Kupfer und Aluminium, die durch eine Separatorfolie getrennt werden. Diese Folie leitet keinen Strom, ist aber durchlässig für die Lithium-Ionen, mit deren Hilfe die Energie gespeichert wird.

Da die Ionen durch die gesamte Fläche der Separatorfolie hindurchfließen, ist eine größere Zelle, in der längere Streifen verbaut sind, kein Problem. Die Elektronen müssen dagegen durch die Kupfer- und Aluminiumfolien hin zu den elektrischen Kontakten fließen. Ein fünfmal so langer Streifen bedeutet die fünffache Strommenge, beim fünffachen elektrischen Widerstand. Zusätzlich steigt die Stromdichte in der Nähe der elektrischen Kontakte, was in der Nähe des Kontakts zu heißen Stellen führt und die Leistungsfähigkeit des Akkus begrenzt. Außerdem wird dort auch die Funktion des Akkumaterials eingeschränkt.

Tesla hat nun einen Weg gefunden, einen elektrischen Kontakt entlang des gesamten Rands der Metallbänder herzustellen.