Ioni di litio ricaricabile (Li-ion) Le batterie sono state prima sviluppate come prodotto commerciale di Sony Nel 1991, per risolvere un problema specifico con il Company's Video Telecamere. La tipica videocamera del tempo si è evoluta da una bestia professionale che si è seduta sul Videografo spalla a qualcosa che potrebbe Adatta nel palmo della mano, ma le batterie del cadmio del nichel che erano disponibili erano così grandi che i dispositivi avevano un antiestetico e hard-to-hold Bulge grazie alla batteria ingombrante Pacchetto.

Sony Aveva bisogno di una batteria che ha tenuto abbastanza energia per eseguire la telecamera ma era abbastanza piccola da abbinare la fotocamera la durata della batteria non era Tutto ciò che è importante, poiché alcune videocamere della giornata sono state utilizzate per più di 100 ore per anno, e loro sono stati ricaricati, in media, meno di dieci volte durante quello Periodo.

Quindi Sony Rivolto all'unica chimica della batteria che ha offerto la densità e la forma di energia richiesta Fattore: litio ioni. La prima batteria agli ioni di litio è stata creata in un Exxon Laboratorio dal dr. Stanley Whitingham e suo squadra. dr. John Goodenough, un Electrolchimist All'Università del Texas, raffinato gli input chimici per posare la fondazione per il moderno catodo di cobalto al litio (che è ancora utilizzato in quasi tutti i consumatori elettronici e batteria dell'utensili elettrici oggi). Quindi Sony creato la prima batteria agli ioni di litio prodotta in massa per risolvere la sua videocamera Problema.

Poco dopo, le batterie agli ioni di litio hanno iniziato a fare cosa loro Sarei fare in più altri settori da quando Allora: Sostituisci l'incumbent Chimica. A metà degli anni '90, quasi tutte le telecamere con batterie ricaricabili stavano usando litio ione. Loro Quindi ha assunto il mercato della batteria del laptop e - Poco dopo questo - il cellulare nascente mercato. Lo stesso trucco Sarebbe essere ripetuto in tablet computer, utensili elettrici e calcolo portatile dispositivi.

Oggi, Li-ion Le batterie sono sull'orlo di loro più grande interruzione del mercato ancora: l'energia settore. Noi stanno entrando in un'età dove Li-ion Le batterie diventano parte integrante sia della griglia elettrica e dell'Automobile Industria. Questo sta già accadendo nelle applicazioni di nicchia e si trasferiranno presto nel mercato di massa come Bene. Quando lo fa, il Li-ion L'industria trasformerà da un giocatore relativamente minore, concentrato nell'elettronica di consumo, per diventare una fondazione del Global Economia.

Questo Il punto di flessione è basato sui produttori che raggiungono obiettivi critici in tre diversi ma intrecciati Specifiche tecniche: Durata, sicurezza e, soprattutto, costo. Tradizionalmente, un produttore di batterie potrebbe modificare gli ingredienti o il processo di fabbricazione per migliorare uno di quelli Specifiche - Ma ora l'industria ha raggiunto un livello di sofisticazione dove Tutti e tre stanno migliorando contemporaneamente.

Il requisito di durata è diverso da ciò che è stato quando Sony fatto le prime batterie per i video telecamere. Per penetrareI settori dell'elettricità e dei trasporti, una batteria deve perdere il 20 percento o meno della sua capacità dopo 10 anni di costante uso. I convenzionali catobalzi al litio del litio nel settore dell'elettronica di consumo non erano capace di fare questo. E loro non ha bisogno di essere quando loro sono stati messi in telefoni e computer che non erano dovrebbe durare più di tre anni. Le auto e le sottostazioni elettriche, tuttavia, richiedono molto tempo a tempo operativo Cornici. È Perché nuove varianti del catodo cobalto di litio, come il nichel cobalto in alluminio (NCA) e nichel manganese cobalto (NMC), vengono utilizzati in sistemi di rete elettrici e in veicoli elettrici, come il modello Tesla S. mentre questi Le batterie contengono ancora cobalto (di solito l'ingresso chimico più costoso in una batteria), loro Prometti una durata molto più lunga (il numero Numero di anni una batteria durerà a prescindere dall'utilizzo Pattern) e la vita del ciclo (il Numero Carica / Scarico cicli Una batteria può sopportare prima che abbia significativo degrado). Altre nuove chimiche del catodo, come lo spinello del manganese di litio (LMO) e il fosfato di ferro litio (LFP), sono molto più a lungo di loro Consumer Electronic Predecessori.

La questione della sicurezza è anche cruciale per le batterie per diventare più ampiamente utilizzate per l'energia Applicazioni. Qualsiasi forma di stoccaggio energetico, se Una batteria infiammabile o una benzina combustibile, ha una sicurezza intrinseca rischio. Le batterie devono raggiungere livelli particolarmente elevati di mitigazione del rischio prima che i consumatori di massa siano confortevoli con loro. I proprietari dei cellulari sono confortevoli con i rischi di sicurezza di una batteria dei cellulari ioni di litio (che, in verità, sono minimal) Perché Un fallimento catastrofico se ne andrà, nel peggiore dei casi, una brutta bruciatura Marco. Il volume puro delle batterie richieste in EVS (il Tesla Roadster, ad esempio, ha più di 8.000 celle individuali in IT) E le griglie di potenza, tuttavia, significa che le conseguenze nel caso di insufficienza catastrofica essere molto graver. anche relativamente innocuo "fumo condizioni "come il cortocircuito delle batterie sul Boeing 787 Dreamliner Prototipi, possono essere incubi di pubbliche relazioni che possono costare a una società miliardi di dollari in perdita vendite. Quindi l'ingegneria di sicurezza è cruciale. E Per fortuna, la nuova generazione di chemistries è fino a questo Compito: Se sterzi un chiodo in un LFP Batteria, ad esempio, l'unica conseguenza negativa che ottieni è una batteria morta

Il più grande fattore limitante nelle batterie agli ioni di litio per gli ultimi anni è stato Prezzo. Nel 2009, navigatore La ricerca ha stimato che New LFP o LMO Le batterie, acquistate in volume, probabilmente costano circa $ 1,200 per Kilowatt-Hour (kWh). oggi quel prezzo è diminuito in giro $ 500 per kWh. Questo è dovuto a tre interrelate fenomeni: scala di produzione, efficienza di produzione e catena di approvvigionamento maturità.

L'improvviso aumento della scala della produzione per next-generation Li-ion Le batterie sono state notevolmente aiutate dalla crisi economica di 2007 A 2010. I programmi di finanziamento del governo in Cina, Corea del Sud, Giappone e gli Stati Uniti hanno fornito enormi sussidi per costruire nuove piante di batteria in quelle Paesi. Tutto sommato, ora ci sono più di 50 Gigawatt-Hours di capacità di produzione della batteria in tutto il mondo, più di tre volte il 2007 Livello.

Fabbriche, da soli, Non costruire qualsiasi cosa. Per loro Per funzionare in modo efficace, i lavoratori della linea e i manager devono essere in grado di imparare a produrre oggetti di alta qualità in modo rapido e pulito, al fine di fare soldi nel fare cose. Questo Il processo di apprendimento è andato avanti per più di Due decenni nel business della batteria dell'elettronica dei consumatori e un processo iterativo di guadagni di efficienza della produzione ha portato a prezzi estremamente economici per quelli batterie. Cinque anni fa, una batteria per laptop costa più di $ 1.000 per KWH Quando ordinato in Bulk. Oggi, quel prezzo è più vicino a $ 250 per kWh.

Gli stessi miglioramenti di efficienza sono stati accadenti negli ultimi 3 anni in fabbriche che producono le versioni più recenti di Li-ion batterie. Mentre i rendimenti di produzione aumentano e i rifiuti diminuiscono, questi Le batterie diventano ancora più economiche da fare.

La terza tappa dello sgabello di riduzione dei costi per Avanzato Li-ion Le batterie sono lo sviluppo di una fornitura matura catena. I vari solventi, precursori chimici (tale come carbonato di litio) e altri componenti (metallo custodie, separatori in plastica, fili di rame, piastre di anodo in alluminio, ecc.) erano speciality elaborato batch ordini cinque anni go. Oggi, loro stanno diventando materie prime sfuse prodotte in modo più economico in continuo processi. Inoltre, i canali di trasporto che ottengono questi Le forniture alle fabbriche della batteria sono ben determinate e logisticamente semplice. Poiché questa maturazione della catena di fornitura continua, le batterie verranno persino più economiche.

Quindi Come economico può questi Batterie Get? Secondo il Navigante Rapporto di ricerca, Tecnologie emergenti della batteria, grande formato Li-ion Le batterie, realizzate con la nuova generazione di chimiche, diminuiranno da circa $ 500 per KWH oggi a circa $ 300 per KWH Nel 2015. A quel punto, la curva dei prezzi dovrebbe Seguire il percorso ben indossato dell'elettronica di consumo Li-ion Prezzi della batteria Declino. Nel momento in cui le due industrie sono di dimensioni uguali, le nuove chemistrie saranno ancora meno costose, perché di loro Formati più grandi (A Batteria più grande significa materiale meno inattivo per un determinato archiviazione di energia Capacità) e la mancanza di cobalto come input materiale nella più nuova Li-ion Chemistries. Il cobalto non è solo molto più costoso di Qualsiasi altro ingresso chimico, ma spesso viene spesso da Conflict-Scarred Regioni di Africa. Eliminare la necessità di Cobalt ridurrà drasticamente la batteria Prezzo.

entro il 2020, navigatore La ricerca prevede che i prezzi per le batterie saranno inferiori $ 200 per kWh. A quel punto, EVS porterà solo un piccolo premio sopra loro controparti di benzina e basata sulla batteria L'archiviazione energetica sarà quasi economica come generazione di gas naturale in un Peaker Pianta. Quando Quelli Le pietre miliari sono raggiunte, il mercato della batteria ne vale la pena di più $ 75 miliardi di entrate annuali (come contrario a circa $ 12 miliardi oggi).

Ma il punto di flessione per una crescita drammatica accadrà molto prima di 2020. Infatti, è già accadendo oggi. Le batterie possono fornire servizi ausiliari per la griglia di potenza oggi in modo tale da gestire un business fuori dal funzionamento delle banche della batteria su larga scala possono essere redditizio. Il più grande Fabbricazione di denaro L'applicazione oggi è la regolazione della frequenza, un servizio accessorio per i mercati di potenza che utilizza micro-pulses di energia per mantenere la corretta frequenza della corrente sulla rete Griglia. Secondo il Navigante Rapporto di ricerca, Sistemi di stoccaggio di energia per servizi ausiliari, più di 100 MW di batterie saranno installate negli Stati Uniti nel 2013 per la regolazione della frequenza, che sarà più di Doppia la base installata delle batterie della griglia in questo Paese.

Nel settore dei trasporti, nel frattempo, il modello Tesla S (che è alimentato esclusivamente da Li-ion Batterie) già restituisce i suoi più tradizionali rivali di lusso, come il Audi A8 e Mercedes E Classe. Se Tesla raggiunge il suo obiettivo di 50.000 vendite annuali del modello S nel 2015, tale modello da sola rappresenterà una maggiore capacità della batteria Tutte le batterie in nuovi laptop, tablet e cellulari venduti quell'anno combinato.