Dlaczego wciąż nie mamy lepszych baterii

Na początku tego roku Ellen Williams, dyrektor ARPA-E , zaawansowany program badawczy Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych w zakresie alternatywnych źródeł energii, trafił na pierwsze strony gazet, gdy powiedziałem Opiekun Gazeta że „Dotarliśmy do świętych Graali w bateriach.

Pomimo bardzo obiecujących wyników 75-ciu nieparzystych projektów badawczych dotyczących magazynowania energii, które finansuje ARPA-E, Graal kompaktowego, taniego magazynowania energii pozostaje nieuchwytny.

Wiele start-upów jest bliższych produkcji urządzeń, które są ekonomiczne, bezpieczne, kompaktowe i wystarczająco energochłonne, aby przechowywać energię przy koszcie poniżej 100 USD za kilowatogodzinę. Magazynowanie energii w tej cenie przyniosłoby efekt galwaniczny, przezwyciężając problem zasilania sieci 24/7 energią odnawialną, która jest dostępna tylko wtedy, gdy wieje wiatr lub świeci słońce, a pojazdy elektryczne są lżejsze i tańsze.

Ilustracja Federico Jordan

Ale te baterie nie są komercjalizowane w tempie niezbędnym do przyspieszenia przejścia z paliw kopalnych na odnawialne źródła energii. Nawet dyrektor generalny Tesli, Elon Musk, który nie lekceważy obietnicy nowej technologii, został zmuszony do przyznania, że ​​na razie producent samochodów elektrycznych jest zaangażowany w stopniowe ulepszanie swoich istniejących akumulatorów litowo-jonowych, a nie na wielką skalę. skoczyć do przodu.

W rzeczywistości wielu naukowców uważa, że ​​magazynowanie energii będzie musiało przybrać zupełnie nową chemię i nową formę fizyczną, wykraczającą poza akumulatory litowo-jonowe, które w ciągu ostatniej dekady odsunęły na bok konkurencyjne technologie w elektronice użytkowej, pojazdach elektrycznych i systemach magazynowania w skali sieciowej . W maju DOE zorganizowało sympozjum pt Więcej niż litowo-jonowy. Fakt, że była to dziewiąta doroczna edycja wydarzenia, podkreślił technologiczne wyzwania, jakie niesie ze sobą ten krok.

Qichao Hu, założyciel SolidEnergy Systems, opracował baterię litowo-metalową (która ma metaliczną anodę, a nie materiał grafitowy stosowany do anody w tradycyjnych akumulatorach litowo-jonowych), który zapewnia znacznie lepszą gęstość energii w porównaniu z dzisiejszymi urządzeniami (patrz Lepsze baterie litowe do lotu testowego ). Dziesięcioletni proces opracowywania nowego systemu uwidocznił jedną z głównych przeszkód w rozwoju baterii: jeśli chodzi o przejście od pomysłu do produktu, mówi Hu, trudno jest o baterie, ponieważ poprawiając jeden aspekt, narażasz na szwank inne aspekty .

Do tego dochodzi fakt, że badania nad magazynowaniem energii mają wielorakie problemy: istnieje tak wiele technologii, od baterii piankowych, przez baterie przepływowe, po egzotyczną chemię, że żaden wyraźny zwycięzca nie przyciąga większości środków finansowych i badań.

Według niedawna analiza ponad 4 miliardów dolarów inwestycji w magazynowanie energii przez Lux Research, start-upy opracowujące akumulatory nowej generacji – tj. poza litowo-jonowe – przez osiem lat przeznaczyły średnio zaledwie 40 milionów dolarów na finansowanie. Inwestycja Tesli w jej Gigafactory, która będzie produkować baterie litowo-jonowe, wyniesie około 5 miliardów dolarów. Ta ogromna luka inwestycyjna jest trudna do pokonania.

Zainstalowanie małej linii produkcyjnej i wykonanie wszystkich drobiazgów niezbędnych do wytworzenia produktu będzie kosztować 500 milionów dolarów, mówi Gerd Ceder, profesor materiałoznawstwa na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, który kieruje grupa badawcza badanie nowatorskich chemii akumulatorów. Zwraca uwagę, że producenci samochodów mogą przez lata testować nowe systemy akumulatorów, zanim podejmą decyzję o zakupie. Trudno zainwestować 500 milionów dolarów w produkcję, gdy Twoja firma ma 5 milionów dolarów finansowania rocznie.

Nawet jeśli nowym producentom akumulatorów uda się wprowadzić na rynek nowatorskie technologie, czeka ich niebezpieczny okres zwiększania produkcji i znajdowania nabywców. Zarówno Leyden Energy, jak i A123 Systems zawiodły po opracowaniu obiecujących nowych systemów, ponieważ ich potrzeby gotówkowe wzrosły, a popyt nie spełnił oczekiwań. Dwa inne startupy, Seeo i Sakti3, zostały przejęte, zanim osiągnęły masową produkcję i znaczące przychody, za ceny poniżej tego, czego prawdopodobnie oczekiwali ich początkujący inwestorzy.

Tymczasem producenci baterii z Wielkiej Trójki, Samsung, LG i Panasonic, są mniej zainteresowani nowymi chemiami i radykalnymi zmianami w technologii baterii, niż stopniowymi ulepszeniami swoich istniejących produktów. Innowacyjne startupy bateryjne borykają się z jednym głównym problemem, o którym nie lubią wspominać: baterie litowo-jonowe, opracowane po raz pierwszy pod koniec lat 70., stają się coraz lepsze.

ukryć