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¿Cuáles son las dificultades de fabricación de un gran paquete de baterías de iones de litio?

¿Cómo se fabrica un paquete de baterías de iones de litio de gran tamaño, como el de un coche? ¿Qué es lo que dificulta su producción, si es que hay algo?

Esta cuestión nace del alto coste de Tesla Modelo S , que es alrededor de $70k. In contrast, the average 4-door car is more like $ 20 o 30 mil dólares a pesar de tener un motor de combustión interna.

No lo entiendo. Habría pensado que una gran batería, que no tiene partes móviles, sería mucho más barata que un motor de 4 cilindros.

Entonces, ¿cuál es el gasto de hacer una gran batería de iones de litio? ¿Es el litio mucho más caro que el acero? ¿Hay que tomar precauciones de seguridad importantes (costosas) en la fabricación? ¿Está el paquete de baterías muy intrincadamente "tejido" con celdas? ¿Algo más?

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Michal Wolodzko Puntos 11

Como dijo horta, el litio de grado de batería (~ $5.00 USD per pound) is quite expensive compared to steel (depends, it can be less than $ 1 USD por libra) o de aluminio (también suele ser menos de 1 USD por libra) utilizados en un bloque de motor.

Al litio le gusta reaccionar con la atmósfera, formando óxido de litio. El litio refinado o simplemente el litio en general requerirá probablemente una manipulación especial, lo que también aumentará los costes. Hay bastantes normas sobre el transporte de litio.

Las baterías o celdas de iones de litio de gran tamaño, especialmente en los coches, pueden suponer un riesgo para la seguridad cuando se pinchan o se exponen al oxígeno atmosférico. Sólo hay que buscar en Google "batería de iones de litio que explota". Tener celdas más pequeñas/individuales como las baterías 18650 podría ayudar a minimizar la cantidad de litio que se expone cuando se daña la batería. Sin embargo, tener un mayor número de celdas más pequeñas puede aumentar el coste de fabricación, ya que podrían ser fácilmente más sofisticadas (refrigeración, cableado, montaje de celdas, etc...)

En conclusión:

Principales costes de las grandes baterías de iones de litio:

  • Coste del transporte (requisitos especiales)
  • Coste del litio para baterías
  • Coste de fabricación de un gran número de células pequeñas
  • Coste de ensamblar células pequeñas en una batería grande

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Uwe Puntos 43

No se trata de una sola batería grande, sino que se construye a partir de muchas celdas pequeñas. Pero no sólo se pueden conectar muchas de esas celdas en serie y muchas de esas cadenas conectadas en serie en paralelo, sino que hay que añadir el control de la temperatura y el control de la carga. La carga rápida produce mucho calor, pero la temperatura de cada célula tiene que mantenerse dentro de unos límites. Si el gran bloque de células se sobrecalienta, pueden destruirse e incluso quemarse. La carga debe ser controlada para equilibrar todas las células y detener la carga antes de que una sola célula sobrepase el límite. Si una o algunas células fallan, el gran conjunto de células debería seguir funcionando con sólo una pequeña reducción de la capacidad.

La batería completa debe funcionar en un entorno automovilístico con bajas y altas temperaturas, vibraciones, aceleraciones y desaceleraciones rápidas. Incluso un choque no debe provocar un incendio. Es necesaria una protección contra cortocircuitos internos y externos. La batería debe funcionar de forma fiable durante muchos años y muchos ciclos de carga y descarga. La autonomía de crucero después de algunos años sólo debería ser un poco menor que la del coche nuevo.

Ningún propietario de un coche eléctrico quiere encontrar su coche ardiendo en la estación de carga debido a un fallo de la batería.

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jns Puntos 449

Construcción del paquete de baterías: https://teslamotorsclub.com/tmc/threads/pics-info-inside-the-battery-pack.34934/

Los motores sin combustible son componentes totalmente pasivos. Las baterías de iones de litio suponen un riesgo de incendio si se cortocircuitan o perforan; véanse los recientes problemas de Samsung. Empiezan su vida con carga, por lo que al montar el paquete de 400 V existe un riesgo de electrocución.

El diseño se basa en consideraciones de refrigeración y seguridad en caso de choque. De ahí el uso de montones de celdas estándar individuales en lugar de celdas gigantes. Pueden mantenerse rodeadas de refrigerante y son capaces de sobrevivir si el pack se deforma. Para proteger el paquete hay un escudo de titanio en los bajos, que es un material muy caro.

Las materias primas de las baterías también son bastante caras, como se ha mencionado en otras respuestas: el litio y el cobalto.

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Jun Puntos 55

Como dijo Mike, está hecho de un montón de celdas 18650 más pequeñas. Sólo el costo de la cantidad de estos representa una gran parte del costo. Si se compran esas baterías solas, generalmente cuestan entre 4 y 8 dólares por una batería. Tesla se beneficia de la escala y las consigue algo más baratas, pero aun así, es una cantidad exorbitante.

Tesla ha creado los mejores paquetes de baterías de refrigeración/carga/descarga y seguridad del mercado, por lo que carga en consecuencia. Los Tesla tienen la capacidad de sacar energía de las baterías mejor que cualquier otro en el mercado sin que las baterías se quemen espontáneamente.

Por último, y probablemente lo más importante, el metal de litio es mucho más caro que el acero. Una búsqueda básica en Google muestra que el litio cuesta entre $5000-$ 20000 por tonelada de metal de litio. El precio de la tonelada de acero es $429-$ 569.

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