Wat we weten over Tesla's nieuwe 2170-batterij in de Model 3

Begin januari kwam de aankondiging van Tesla: het gaat zijn nieuwe cellen in de energie-opslagsystemen toepassen, maar ook in de Model 3. Erna heeft de fabrikant bijzonder weinig over de nieuwe form factor losgelaten, behalve dat de batterij een 'improved chemistry' heeft en dat kathoden en anoden (de pool waar de elektronen in gaan en de tegengestelde pool) van een volgende generatie zijn. Ook een vragenrondje van onze kant richting Tesla leverde vrij weinig bruikbare informatie op, dit zijn de antwoorden die we kregen:

1.  We kunnen je op dit moment nog niet helpen aan beeldmateriaal van de nieuwe 2170 cel 

2. De 2170 cellen zullen worden gebruikt in Powerwall 2 en Powerpack 2, en Model 3. Of en wanneer deze cellen ook in Model S/X gebruikt zullen worden is nu niet bekend. (maar het lijkt er niet op, - red)

3.  Ik kan je niet zeggen wanneer we meer informatie hebben over de specificaties van de cel

Desalniettemin is het nodige te achterhalen. De batterij heeft met zijn diameter van 21 mm en hoogte van 70 mm een kleine 47% meer inhoud dan de 18650 cellen die in de Model S en X gebruikt worden (ø18 mm, hoogte 65 mm). Hij is door zijn grotere omvang echter ook zwaarder. Kortom: gezien het grote aantal gebruikte cellen moet er moet flink wat extra capaciteit ingestopt worden om de gewichtstoename te compenseren. Het voordeel is wel dat je minder individuele cellen nodig hebt, wat zowel qua kosten als efficiency een opsteker is. 

De Panasonic-cellen (NCR18650B) in de huidige Model S en X leveren standaard 3200 milli-ampèreuur (mAh) op 3,6 volt, waarmee ze per stuk goed zijn van 11,52 Wattuur (Wh). In theorie heb je voor een 90 kWh-pakket 7.813 van deze cellen nodig, wat in de praktijk ook aardig lijkt te kloppen: in een (inmiddels niet meer verkrijgbaar) 85 kWh-pakket zitten 7.104 cellen (444 stuks x 16 modules), zoals je in deze video kan natellen. Dit kan er mee te maken hebben dat Tesla voor niet-consumentengebruik wellicht een licht getweakte versie van de NCR18650B-cel gebruikt, met een iets hogere opbrengst.

Tesla heeft nog geen harde cijfers gecommuniceerd (en lijkt dat voorlopig ook niet van plan te zijn), maar de verwachting is dat de 2170-cel zo'n 5.500 tot 6.000 mAh gaat leveren. De spanning van een cel is niet zo makkelijk op te voeren, dus deze zal zeer waarschijnlijk onder de 4 volt blijven. Een redelijk conservatieve schatting zet een 2170-cel op 20 Wh, waardoor je voor een 55 kWh-pack (de Model 3 krijgt immers niet zulke grote capaciteiten als de grotere modellen) ca. 2.750 cellen nodig hebt. Dat worden naar schatting 10 modules met ca. 275 cellen erin, die wel iets meer dikte krijgen door de grotere hoogte van de 2170-cellen. Dit gaat enorm schelen in componenten en kosten: Tesla noemt een kostenreductie van 25% ten opzichte van 18650-cellen.

Overigens vonden we hier een bewering dat Tesla zelf een afbeelding van een Model 3 met 8 batterijmodules getoond zou hebben, ter informatie. Tevens is onduidelijk of de Model 3 zijn 2170-cellen staand vervoert, zoals bij andere Tesla's het geval is, of liggend.

Een kleine kanttekening met betrekking tot het bovenstaande: als de batterijtechnologie voor de Model 3 inderdaad 30% efficiënter is zoals Chief Technical Officer JB Straubel eerder aangaf (video), dan ligt de opbrengst eerder rond 5100-5200 mAh. We ronden het echter gunstig af naar de hoge 5.000-regionen, ook omdat we bij een bezoek van enkele journo's aan de Gigafactory vorig jaar (zeer onofficiële) claims van 5.750 mAh zagen.

Opvallend is verder dat Tesla vasthoudt aan de cilindrische vorm van zijn batterijen, waar de concurrentie meer op de zogeheten (prismatische) pouch cells lijkt te vertrouwen.

De Heilige Graal van batterijproductie is en blijft de output van Wattuur per kilogram (Wh/kg) tegen een zo gunstig mogelijke prijs per kWh. Voor wat betreft het laatste: Tesla hint momenteel op $190/kWh te zitten, waarmee het de eerste is die onder de $200-grens duikt.

De huidige 18650-cellen leveren rond de 250 Wh/kg, de verwachting is dat de 2170-cel zich ergens in het 300 Wh/kg-domein gaat begeven. De cel zelf is zwaarder, maar dit moet overgecompenseerd worden door meer opbrengst in mAh en minder gewicht aan randcomponenten. De genoemde 250 Wh/kg is namelijk de capaciteit van alleen de batterijen, als we het gehele accupakket van een Tesla nemen (frame, brandwerend materiaal, koeling, bedrading, aanstuurmodules) daalt deze waarde naar iets meer dan 150 Wh/kg. Een redelijk accurate vuistregel is dat randcomponenten een hap van 40% uit je energiedichtheid per kilogram nemen.

CEO Elon Musk laat er met zijn gebruikelijke bravoure geen twijfel over bestaan dat Tesla en Panasonic wat hem betreft met straatlengtes voorliggen op de concurrentie. 'We have the best cell in the world that is also the cheapest cell'. Om hier een oordeel over te kunnen vellen heb je een kijkje in de keuken van de concurrentie nodig, en dat krijgen wij niet. Afgaand op wat er is gepresenteerd ziet het er goed uit voor Tesla: concurrent Samsung SDI werkt weliswaar ook aan een eigen 2170-cel, die in januari van dit jaar werd onthuld op de NAIAS in Detroit, maar deze gaat pas in 2021 in productie.

Mocht uw accupakket in de toekomst buiten de garantieperiode de geest geven, dan adviseren wij twee keer na te denken voordat u voor de goedkope Chinees kiest in plaats van de dure merkbatterij. Onderstaande video, waarin sluwe Aziatische handelaren creatief zijn geweest met bloem en een kleine 4,2V-batterij, toont waarom:

Tesla's Gigafactory plant in 2018 een productie van 35 tot 50 Gigawattuur aan batterijen. Dat is 35-50 miljoen kWh, oftewel ruim meer dan 500.000 pakketten van 55 kWh. Echter, de batterijen gaan niet alleen in auto's, ze gaan ook in Powerwall 2 en Powerpack 2. De eerste maanden van massaproductie ging naar deze producten, vanaf Q2 worden de cellen ook voor de Model 3 gemaakt.

Zodra de Gigafactory definitief is afgebouwd moet deze 150 GWh leveren en hij groot genoeg om 93 Boeing 747's te huisvesten. Of - zoals Tesla bij de opening van de fabriek in een typische Tesla-gebbetje liet zien - 50 miljard hamsters.