La razón de la existencia de Tesla Motors como compañía es simplemente que las baterías de iones de litio tienen la capacidad de carga más alta de cualquier formulación de batería práctica en la historia, con la tecnología suficientemente alta como para hacer de los vehículos eléctricos, unidades de alto rendimiento, como nunca antes se ha soñado.

La idea de utilizar celdas de baterías recargables de iones de litio fue propuesta por primera vez por un químico británico a principios de los años setenta. Las celdas de batería son dispositivos engañosamente simples que constan de tres componentes básicos; dos electrodos, el ánodo negativo y el cátodo positivo separados por una “sopa” química llamada electrolito.

Cuando las baterías de un Tesla están cargadas, los iones de litio se ven obligados a migrar al electrodo negativo donde se depositan. Durante la descarga, los iones de litio invierten la dirección del cátodo.

Tesla ha estado usando el modelo de  celdas 18650, fabricadas por Panasonic en Asia en los Model S y Model X desde el 2013. Estas son celdas de batería pequeñas, un poco más grandes que las celdas AA estándar; las células cilíndricas Tesla tienen 18 mm de diámetro y 65 mm de alto. El diseño de Panasonic, tal vez con la contribución de Tesla, es, en algunos casos, una de las formulaciones más sólidas disponibles en la actualidad, ofreciendo un rendimiento confiable y de larga duración en un entorno automotriz.

Arriba: las celdas de batería 18650 de Panasonic utilizadas en los modelos Tesla

La batería más popular suministrada por Tesla contiene 7.104 celdas 18650 en 16 módulos de 444 celdas capaces de almacenar hasta 85 kWh de energía. En 2015, Panasonic modificó el diseño del ánodo, aumentando la capacidad de la celda en aproximadamente un 6%, permitiendo que los paquetes de batería almacenaran hasta 90 kWh de energía. Más recientemente, los ingenieros de Tesla reconfiguraron las partes internas del paquete de baterías para albergar 516 celdas en cada módulo para un total de 8.256 celdas capaces de almacenar un poco más de 100 kWh de energía, lo que permite a los vehículos eléctricos disfrutar de un alcance de más de 480-500 kms.

Arriba: Una batería Tesla Model S por dentro

Para mejorar aún más la eficiencia de la celda y reducir los costos, Tesla construyó una gran fábrica de baterías en Sparks, Nevada, cerca de Reno llamada Gigafactory 1, que ahora produce un nuevo diseño de celda llamado 2170 porque tiene 21 mm de diámetro y 70 mm de altura utilizado inicialmente en los productos de almacenamiento doméstico Tesla Powerwall y en los productos de almacenamiento de utilidades Powerpack, así como en el nuevo sedán Model 3, diseñado para ser más pequeño y menos costoso que el Model S. El diseño 2170 es un 46% más grande en volumen que el 18650 y 10-15 % más eficiente de energía que las celdas 18650.

Arriba: Comparando la celda de batería Model S / X 18650 con la celda de batería Model 3 2170

Uno de los requisitos clave para las baterías de los coches eléctricos, especialmente en los viajes por carretera, es que deben recargarse con relativa rapidez. Como las baterías son dispositivos de corriente continua (CC) y el servicio eléctrico doméstico es de corriente alterna (CA), la carga en el hogar generalmente utiliza un circuito de 240 voltios que suministra 40 amperios (aproximadamente 10 kW de potencia), los vehículos eléctricos traen un circuito de carga incorporado que rectifica la CA, convirtiéndola en CC.

Cargar de esta manera generalmente toma varias horas, por ello Tesla ha instalado Superchargers en Europa, las cuales suministran hasta aproximadamente 135 kW de potencia. Éstas no pasan por los circuitos de carga del vehículo y cargan las batería directamente; esto es mucho más rápido, requiriéndose de 20 a 40 minutos por lo general.

Arriba: vehículos Tesla cargando en un Supercharger

Los paquetes de baterías Tesla que usan baterías Panasonic 18650 no pueden cargar más rápido que esto; el voltaje máximo de carga para una celda Panasonic es de 4.2 voltios. Panasonic especifica una corriente de carga máxima de 2 amperios por célula, mientras Tesla permite que la corriente de carga sea de hasta 4 amperios. Por lo tanto, la potencia máxima que un paquete de baterías Tesla puede usar para cargar es de 4.2 X N X I, donde N es el número de celdas del paquete y I es la corriente máxima permitida por celda.

  • Para paquetes de 85/90 kWh, esto es 7,104 X 16,8 = 119,3 kW.
  • Para los paquetes de 100 kWh es 8,256 X 16,8 = 138,7 kW.

No hay forma de cargar más rápido sin aumentar la corriente de carga máxima por celda, lo que podría acelerar la degradación de las mismas u otros problemas.

Arriba: el paquete de baterías Tesla Model S en la superficie del vehículo

Todas las celdas de la baterías recargables se degradan con el tiempo a medida que ocurren reacciones secundarias indeseables en las células que producen subproductos que impiden que los iones de litio lleguen al ánodo durante la carga. Gracias a la innovación tecnológica, los paquetes de baterías Tesla están garantizados contra fallas pero no para degradación; las primeras indicaciones son que la degradación de las células 18650 es muy lenta, perdiendo solo un uno o dos por ciento de capacidad en el peor de los casos.