Реальность аккумуляторов: нет ничего лучше, чем литий-ионные скоро

Специалисты в области чистой энергии давно утверждают, что миру нужна лучшая батарея, способная продавать скептически настроенных потребителей на электромобилях и эксплуатировать энергосистему на возобновляемой энергии. И все же батарея будущего - по крайней мере, на предстоящее десятилетие - почти наверняка будет батареей прошлого.

Скромная литий-ионная аккумуляторная батарея завоевала столь лидирующие позиции на рынке, что конкурирующие технологии могут с трудом ее догнать. Это лидерство только расширится, когда в ближайшие пять лет появятся новые запланированные литий-ионные заводы.

Аккумуляторы, разливаемые на новых заводах в Китае, США, Таиланде и других странах, будут способствовать дальнейшему снижению цен, которые уже упали на 85 процентов с 2010 года. А миллиарды, потраченные на заводы, создадут мощный стимул для промышленности продолжать регулировать литий-ионные аккумуляторы. технологии, улучшая ее постепенно, вместо того, чтобы принимать что-то еще.

Многие стартапы сейчас сосредоточены на обновлении литий-ионных батарей, а не на равных с конкурентами. «Мы не думаем, что ион лития будет разрушен», - сказал Эрик Терьесен, старший директор по лицензированию и стратегии Ionic Materials Inc., расположенная в Массачусетсе компания Terjesen - одна из нескольких попыток усовершенствовать твердотельные аккумуляторы, которые часто выставляются как вероятный преемник иона лития. Твердотельные аккумуляторы обещают, среди прочего, удалить легковоспламеняющуюся жидкость, которая может привести к тому, что литиевые батареи в ноутбуках и автомобилях иногда могут загореться.

Но Ионик не пытается заменить ион лития. Вместо этого компания разработала свой полимерный электролит для работы внутри существующих батарей. Это означает, что все эти новые заводы могут использовать его, не покупая дорогостоящее новое оборудование. «Мы не верим, учитывая все инвестиции в ион лития, что люди собираются выбросить это из окна и начать все заново», - сказал Терьесен.

Изобретенная компанией Exxon Mobil Corp. в 1970-х годах и коммерциализированная Sony в 1991 году, перезаряжаемая литий-ионная технология существует десятилетиями. Основная батарея работает, посылая заряженные атомы лития или ионы через жидкое электролитическое вещество, перемещаясь назад и вперед между положительным катодом и отрицательным анодом. Работа с различными материалами в катоде - кобальтом, никелем и марганцем - увеличила количество энергии, которую держат батареи. То, что начиналось внутри бытовой электроники, такой как беспроводные телефоны, теперь можно найти в электромобилях и подключить к электросети.

«Это очень универсальная технология, поэтому каждый раз, когда она дешевеет, она открывает для нее все больше сегментов спроса», - сказал Логан Голди-Скот, руководитель отдела исследований по хранению энергии в BloombergNEF. По данным BloombergNEF, цены на литий-ионные аккумуляторы, которые в среднем составляли 1160 долларов за киловатт-час в 2010 году, достигли 176 долларов за кВт-ч в прошлом году и могут упасть ниже 100 долларов в 2024 году. Продолжающееся падение цен в сочетании с улучшением показателей, вероятно, откроет новые рынки.

Не все убеждены, что литий-ионный может сделать все это. Некоторые крупные автопроизводители жаждут прорывной технологии, которая позволит использовать электромобили дальнего радиуса действия, способные проезжать около 500 миль на зарядке, что в конечном итоге убедит неохотных потребителей в том, что у них не хватит энергии на дороге. Например, Toyota Motor Corp. имеет гораздо больше патентов и патентных заявок на твердотельные аккумуляторы, чем любая другая компания, и инвестирует 13,9 млрд. Долл. США в свою деятельность по производству аккумуляторов.

Необходимость хранения возобновляемых источников энергии может потребовать альтернативных технологий батареи. Хотя такие компании, как Tesla Inc. и Dynegy Inc., уже начали подключать к сети литий-ионные аккумуляторы, установки обычно подают электричество всего на четыре часа. Бывший министр энергетики США Эрнест Мониз в февральском интервью Bloomberg заявил, что вид краткосрочного хранения энергии не поможет интегрировать большие объемы возобновляемой энергии. «Это не будет касаться дня, недели, месяца, сезона», - сказал Мониз, который недавно выступил соавтором отчета, призывающего к гораздо большим инвестициям в исследования в области батарей. «Вот почему вам нужны разные подходы».

Многие альтернативы, от маховиков до проточных аккумуляторов, не смогли завоевать популярность, в то время как рынок становится все более и более комфортным с литий-ионным. Например, Primus Power of California предлагает проточную батарею, которая может производить 25 киловатт электроэнергии в течение пяти часов, и генеральный директор Том Степен сказал, что усовершенствование существующей конструкции может повысить производительность до семи или восьми часов. Проточные батареи прокачивают жидкие электролиты через элементы батареи, когда необходимо электричество.

«Литий - это спринтер», - сказал он. «Поток - марафонец». Но Стивен признает, что трудно убедить потенциальных клиентов сделать ставку на менее знакомую технологию. На сегодняшний день Primus развернула 30 своих систем, в основном за последние три года. «Литий является более пригодным для банковской деятельности, все гнев, что все собираются сегодня - точно», сказал Степьен.

Эта стойкость привлекла предпринимателей, которые настаивают на том, что у литий-ионных батарей есть место для серьезных улучшений, а не только для дополнительных выгод.

Порошок в руках Джина Бердичевского похож на угольную пыль. Но, по словам Бердичевского, соучредителя и генерального директора Sila Nanotechnologies, это может увеличить запас энергии литий-ионного аккумулятора на 20 и более процентов.

«Я думаю, что ион лития может абсолютно доминировать во всех хранилищах, но для этого вам действительно нужно заняться новыми химическими процессами», - сказал он во время экскурсии по штаб-квартире Сила в Сан-Франциско, где на Тесла на автостоянке появился новый «Я [сердце] литий-ионный »номерной знак.

Порошок Sila на основе кремния может быть превращен в анод. На атомном уровне кремний может удерживать больше лития, чем углерод в графите, самом распространенном материале анода, что означает, что батареи, использующие продукт Sila, могут хранить больше энергии. На сегодняшний день компания привлекла около 125 миллионов долларов США и создала партнерство с BMW Group для разработки технологии.

Бердичевский сказал, что любому конкуренту, предлагающему принципиально другую архитектуру аккумуляторов, будет трудно проникнуть на рынок, поскольку производители аккумуляторов строят свои заводы, а цены продолжают падать. По данным BloombergNEF, благодаря росту производства электромобилей мировые производственные мощности для литий-ионных аккумуляторов увеличились почти втрое за последние пять лет. В настоящее время мощность составляет 302,2 гигаватт-часа, а в ближайшие пять лет планируется открыть заводы с еще 603,8 ГВт-ч.

«Заполнение производственных масштабов невероятно, и я думаю, что люди упускают это», - сказал Бердичевский. «Это большие инвестиции, и мы можем кататься на этих рельсах. И каждый, кто может ездить по этим рельсам, имеет более светлое будущее, чем тот, кто говорит: «Мы собираемся полностью изменить рельсы».