Анализът разкрива влошаване на разходите за литиево-йонна батерия-възможни са по-нататъшни резки спадове

ТЕМИ:
Технология на батерията, енергия, зелена енергия, литиево-йонни, батерии литиево-йонни
От ДАВИД Л. ЧАНДЛЪР, ИНСТИТУТ НА ТЕХНОЛОГИИТЕ НА МАСАШУЗЕТИ 23 март 2021 г.

Цената на технологиите за литиево-йонни батерии е намаляла с 97% от 1991 г. насам. Кредит: MIT News. Графично изображение с любезното съдействие на изследователите.

Анализът определя количествено драматичен спад на цените, който е успореден на подобрените подобрения в слънчевата и вятърната енергия, и показва, че са възможни по -нататъшни стръмни спадове.

Цената на акумулаторните литиево-йонни батерии, използвани за телефони, лаптопи и автомобили, спадна драстично през последните три десетилетия и беше основен двигател за бързия растеж на тези технологии. Но опитите за количествено определяне на този спад на разходите доведоха до двусмислени и противоречиви резултати, които възпрепятстваха опитите да се проектира бъдещето на технологията или да се изградят полезни политики и приоритети на научните изследвания.

Сега изследователите от MIT са извършили изчерпателен анализ на проучванията, които разглеждат спада в цените на тези батерии, които са доминиращата акумулаторна технология в днешния свят. Новото проучване обръща повече от три десетилетия назад, включително анализиране на оригиналните бази данни и документи, когато е възможно, за да се получи ясна картина на траекторията на технологията.

Изследователите установяват, че цената на тези батерии е спаднала с 97 процента, откакто за първи път бяха пуснати на пазара през 1991 г. Този темп на подобрение е много по -бърз, отколкото твърдеха много анализатори, и е сравним с този на слънчевите фотоволтаични панели, за които някои смятаха, че да бъде изключителен случай. Новите открития са докладвани днес в списанието Energy and Environmental Science, в доклад на докторанта от MIT Micah Ziegler и доцент Jessika Trancik.

Макар да е ясно, че е имало драматично намаляване на разходите при някои технологии за чиста енергия, като слънчевата енергия и вятъра, казва Транчик, когато започнаха да разглеждат спада в цените на литиево-йонните батерии, „видяхме, че имаше значителни разногласия по отношение на това колко бързо са намалели разходите за тези технологии. “Подобни разногласия се появиха при проследяването на други важни аспекти на развитието на батериите, като например непрекъснато подобряващата се енергийна плътност (енергия, съхранявана в рамките на даден обем) и специфична енергия (енергия, съхранявана в рамките на дадена маса).

„Тези тенденции са толкова последици, за да ни доведат до това, което сме в момента, както и за размисъл за това, което може да се случи в бъдеще“, казва Трансик, който е доцент в Института за данни на MIT, Системи и общество. Макар да е общоизвестно, че спадът в разходите за батерии например е стимулиращ скорошния ръст на продажбите на електрически превозни средства, не е ясно колко голям е бил този спад. Чрез този подробен анализ, казва тя, „ние успяхме да потвърдим, че да, технологиите на литиево-йонните батерии са се подобрили по отношение на разходите си, при темпове, които са сравними с технологиите за слънчева енергия, и по-специално фотоволтаични модули, които често са държан като вид златен стандарт в иновациите в чистата енергия. “

Може да изглежда странно, че имаше такава голяма несигурност и разногласия относно това колко разходите за литиево-йонна батерия са намалели и какви фактори го причиняват, но всъщност голяма част от информацията е под формата на близки корпоративни данни, за които е трудно изследователи за достъп. Повечето литиево-йонни батерии не се продават директно на потребителите-не можете да отидете до типичната си аптека в ъгъла, за да вземете резервна батерия за вашия iPhone, компютъра или електрическата си кола. Вместо това производителите купуват литиево-йонни батерии и ги вграждат в електроника и автомобили. Големи компании като Apple или Tesla купуват батерии с милиони или ги произвеждат сами за цени, които се договарят или отчитат вътрешно, но никога не се оповестяват публично.

В допълнение към подпомагането на засилването на текущата електрификация на транспорта, по-нататъшното намаляване на разходите за литиево-йонни батерии би могло потенциално да увеличи и използването на батериите в стационарни приложения като начин за компенсиране на периодичното снабдяване с чисти енергийни източници като слънчева и вятърна енергия . И двете приложения биха могли да играят значителна роля в подпомагането на ограничаването на световните емисии на парникови газове, променящи климата. „Не мога да надценя важността на тези тенденции в иновациите в чистата енергия, за да ни доведе до мястото, където сме в момента, където започва да изглежда, че можем да видим бърза електрификация на превозни средства и наблюдаваме бързия растеж на възобновяемите източници енергийни технологии “, казва Транчик. „Разбира се, има още много да се направи за справяне с изменението на климата, но това наистина промени играта.“

Новите открития не са просто въпрос на проследяване на историята на разработването на батерии, а на подпомагане на ръководството на бъдещето, посочва Циглер. Комбинирайки цялата публикувана литература по темата за намаляване на разходите в литиево-йонни клетки, той откри „много различни мерки за историческото подобрение. И в различни документи, изследователите използваха тези тенденции, за да направят предложения за това как да се намалят допълнително разходите за литиево-йонни технологии или кога те биха могли да постигнат целеви стойности. “Но тъй като основните данни варират толкова много,„ препоръките, които изследователите правят, могат да бъдат доста различни. “Някои проучвания показват, че литиево-йонните батерии няма да поевтиняват достатъчно бързо за определени приложения, докато други са много по-оптимистични. Такива различия в данните в крайна сметка могат да окажат реално влияние върху определянето на приоритетите на научните изследвания и държавните стимули.

Изследователите изкопаха първоначалните източници на публикуваните данни, като в някои случаи установиха, че определени първични данни са били използвани в множество проучвания, които по -късно са цитирани като отделни източници, или че първоначалните източници на данни са били изгубени по пътя. И въпреки че повечето проучвания се фокусират само върху цената, Циглер казва, че стана ясно, че такъв едноизмерен анализ може да подцени колко бързо се подобряват литиево-йонните технологии; в допълнение към цената, теглото и обемът също са ключови фактори както за превозните средства, така и за преносимата електроника. И така, екипът добави втора писта към изследването, анализирайки подобренията и в тези параметри.

„Литиево-йонните батерии не бяха приети, защото по онова време те бяха най-евтината технология“, казва Зиглер. „Имаше по -евтини технологии за батерии. Литиево-йонната технология е възприета, защото ви позволява да поставяте преносима електроника в ръцете си, защото ви позволява да правите електроинструменти, които да издържат по-дълго и да имат повече мощност, и ни позволява да изграждаме автомобили, които могат да осигурят достатъчен обхват на движение. „Имаше чувството, че само гледането на долари за киловатчас е само разказване на част от историята“, казва той.

Този по-широк анализ помага да се определи какво би могло да бъде възможно в бъдеще, добавя той: „Казваме, че литиево-йонните технологии могат да се подобрят по-бързо за определени приложения, отколкото би било предвидено, като се погледне само една мярка за производителност. Разглеждайки множество мерки, вие получавате по същество по -ясна представа за степента на подобрение и това предполага, че те биха могли да се подобрят по -бързо за приложения, където ограниченията за маса и обем са облекчени. “

Трансик добавя, че новото проучване може да изиграе важна роля при разработването на политики, свързани с енергетиката. „Публикуваните тенденции в данните за малкото чисти технологии, които са видели значително намаляване на разходите с течение на времето, вятърните, слънчевите и сега литиево-йонните батерии, са склонни да се препращат отново и отново, и не само в академични документи, но и в политически документи и отчети за индустрията “, казва тя. „Много важни изводи за политиката в областта на климата се основават на тези няколко тенденции. Поради тази причина е важно да ги направите правилни. Има реална нужда да се отнасяме внимателно към данните и да повишим цялостната ни игра в работата с технологичните данни и проследяването на тези тенденции. “

„Разходите за батерията определят ценовия паритет на електрическите превозни средства с превозни средства с двигатели с вътрешно горене“, казва Венкат Висунатан, доцент по машинно инженерство в университета Карнеги Мелън, който не е свързан с тази работа. „Така че прогнозирането на намаляване на разходите за батерии е може би едно от най -критичните предизвикателства при осигуряването на точно разбиране за приемането на електрически превозни средства.“

Вишванатан добавя, че „констатацията, че намаляването на разходите може да настъпи по -бързо, отколкото се смяташе досега, ще позволи по -широко приемане, увеличаване на обема и водещо до по -нататъшно намаляване на разходите. „Наборите от данни, изготвени, анализирани и пуснати с този документ, ще окажат трайно въздействие върху общността“.

Справка: „Преразглеждане на степента на подобряване на технологията на литиево-йонни батерии и намаляване на разходите“ от Micah S. Ziegler и Jessika E. Trancik, 23 март 2021 г., Енергетика и екологични науки.
DOI: 10.1039/D0EE02681F

Работата е подкрепена от Фондация „Алфред П. Слоун“.