Изследователите от Масачузетския технологичен институт откриват, че най-големият фактор за драматичния спад на разходите за литиево-йонни батерии през последните десетилетия е научноизследователската и развойна дейност, особено в областта на химията и науката за материалите. Кредит: MIT News, iStockphoto
Ново проучване установява, че инвестициите в научноизследователска и развойна дейност на материали и химия са били ключови, докато икономиите от мащаба са допринесли малко по-малко.
Литиево-йонните батерии, онези чудеса на леката мощност, които направиха възможна днешната епоха на ръчна електроника и електрически превозни средства, се сринаха в цените от въвеждането им преди три десетилетия със скорост, подобна на спада в цените на слънчевите панели, както е документирано от aпроучванепубликуван миналия март. Но какво доведе до такъв удивителен спад на разходите от около 97 процента?
Някои от изследователите зад това по-ранно проучване сега са анализирали какво е причината за изключителните спестявания. Те откриха, че най-големият фактор е работата по научноизследователска и развойна дейност, особено в областта на химията и науката за материалите. Това надхвърли печалбите, постигнати чрез икономии от мащаба, въпреки че това се оказа втората по големина категория намаления.
Новите констатации бяха публикувани на 22 ноември 2021 г. в списание Energy and Environmental Science, в доклад на постдоктора на MIT Micah Ziegler, наскоро завършилия студент Juhyun Song PhD â19 и Jessika Trancik, професор в MIT’s Институт за данни, системи и общество.
Констатациите могат да бъдат полезни за политиците и плановиците, за да помогнат за насочване на приоритетите на разходите, за да продължат пътя към все по-ниски разходи за тази и други ключови технологии за съхранение на енергия, според Trancik. Тяхната работа предполага, че все още има значително място за по-нататъшно подобряване на технологиите за електрохимични батерии, казва тя.
Анализът изискваше копаене в различни източници, тъй като голяма част от съответната информация се състои от строго пазени фирмени бизнес данни. „Усилията за събиране на данни бяха обширни“, казва Зиглер. „Разгледахме академични статии, индустриални и правителствени доклади, съобщения за пресата и листове със спецификации. Дори разгледахме някои правни документи, които излязоха. Трябваше да съберем данни от много различни източници, за да добием представа какво се случва.“ Той казва, че са събрали „около 15 000 точки с качествени и количествени данни, в 1000 отделни записа от приблизително 280 препратки.“
Данните от най-ранните времена са най-трудни за достъп и могат да имат най-голяма несигурност, казва Транчик, но чрез сравняване на различни източници на данни от същия период те са се опитали да обяснят тези несигурности.
Като цяло, казва тя, „изчисляваме, че по-голямата част от спада на разходите, повече от 50 процента, идва от дейности, свързани с научноизследователска и развойна дейност.“ Това включва както частния сектор, така и финансираните от правителството изследвания и разработки, и „по-голямата част“ от този спад на разходите в рамките на тази R&D категория идва от изследване на химията и материалите.
Това беше интересна констатация, казва тя, защото „имаше толкова много променливи, върху които хората работеха чрез много различни видове усилия“, включително дизайна на самите батерийни клетки, техните производствени системи, вериги за доставки и скоро. „Подобряването на разходите възникна от разнообразен набор от усилия и много хора, а не от работата само на няколко лица.“
Констатациите за значението на инвестициите в научноизследователска и развойна дейност са особено значими, казва Зиглер, тъй като голяма част от тези инвестиции се случват след комерсиализиране на технологията за литиево-йонни батерии, етап, на който някои анализатори смятат, че приносът на изследванията ще стане по-малко значим. В продължение на приблизително 20-годишен период, започващ пет години след въвеждането на батериите в началото на 1990-те години, той казва, че „по-голямата част от намаляването на разходите все още идва от научноизследователска и развойна дейност. Приносът за научноизследователска и развойна дейност не приключи, когато започна комерсиализацията. Всъщност той все още е най-големият принос за намаляване на разходите.â
Проучването се възползва от аналитичен подход, който Trancik и нейният екип първоначално разработиха, за да анализират подобен рязък спад в разходите засилицийслънчеви панели през последните няколко десетилетия. Те също така приложиха подхода, за да разбератиздигане cостатъци от ядрената енергия. „Това наистина навлиза в фундаменталните механизми на технологичната промяна“, казва тя. „Можем също така да разработим тези модели, гледайки напред във времето, което ни позволява да разкрием лостовете, които хората биха могли да използват, за да подобрят технологията в бъдеще.“
Едно предимство на методологията, която Trancik и нейните колеги са разработили, казва тя, е, че помага да се сортира относителната важност на различни фактори, когато много променливи се променят наведнъж, което обикновено се случва с подобряването на технологията. „Това не е просто сумиране на ефектите върху разходите на тези променливи“, казва тя, „защото много от тези променливи влияят върху много различни компоненти на разходите. Има този вид сложна мрежа от зависимости.“ Но методологията на екипа дава възможност да се „разгледа как тази обща промяна на разходите може да бъде приписана на тези променливи, като по същество начертава тази мрежа от зависимости“, казва тя.
Това може да помогне за предоставяне на насоки относно публичните разходи, частните инвестиции и други стимули. „Какви са всички неща, които могат да направят различните лица, вземащи решения?“, пита тя. „Над какви решения имат агенция, за да могат да подобрят технологията, което е важно в случая на нисковъглеродни технологии, където търсим решения за изменението на климата и имаме ограничено време и ограничени ресурси? Новият подход ни позволява потенциално да бъдем малко по-преднамерени относно това къде правим тези инвестиции на време и пари.â
„Тази статия събира налични данни по систематичен начин за определяне на промените в ценовите компоненти на литиево-йонните батерии между 1990-1995 г. и 2010-2015 г.“, казва Лаура Диас Анадон, професор по политика за изменението на климата в университета в Кеймбридж , който не е бил свързан с това изследване. „Този период беше важен в историята на технологията и разбирането на еволюцията на компонентите на разходите полага основата за бъдеща работа върху механизми и може да помогне за информиране на изследователските усилия в други видове батерии.“
Справка: „Детерминанти на намаляването на разходите за технология за литиево-йонни батерии“ от Мика С. Зиглер, Джухюн Сонг и Джесика Е. Транчик, 22 ноември 2021 г., Енергетика и наука за околната среда.
DOI: 10.1039/D1EE01313K
Изследването е подкрепено от Фондация Алфред П. Слоун, Фонда за защита на околната среда и Програмата за технологии и политика на MIT.
