Untersuchungen in den USA legen nahe, dass Lithium-Ionen-Batterien, die den Markt dominieren, andere Energiespeichertechnologien behindern könnten

"Technologie-Lock-In wird riskant sein", sagte William Bonvillian, einer der Autoren der Studie und ehemaliger Direktor des MIT-Büros in Washington, kürzlich auf einer Veranstaltung der Stiftung für Informationstechnologie und Innovation.

Bonvillian sagte, die Dominanz von Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt könnte den Eintritt von Energiespeichertechnologien behindern, die sich über längere Zeiträume entladen. "Einige der Technologieforschungen, die die Energiespeicherung verbessern könnten, könnten auf Grund laufen", sagte er.

Technisches Sperren tritt auf, wenn dieses dominante Speicherdesign Alternativen bietet, die dieselbe Funktion ausführen. Dies kann vorteilhaft sein, da es den Innovationsprozess beschleunigt und die Kosten der vorherrschenden Energiespeichertechnologie senkt, wodurch die Akzeptanz erweitert wird. Dies ist bei der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien geschehen.

Laut einem aktuellen Bericht von GTMResearch machten Lithium-Ionen-Batterien im vierten Quartal 2017 98,8% des US-amerikanischen Energiespeichermarktes aus. Damit war die Technologie das 13. Quartal in Folge Marktführer. In einem anderen kürzlich veröffentlichten Bericht prognostizierte GTM, dass der Preis für Speichersysteme bis 2022 jährlich um 8% fallen würde.

Gefahr der technischen Überbrückung

Technisches Lock-In birgt dagegen einige Risiken. Ein Risiko besteht darin, dass die Märkte zu konzentriert werden. Ein besorgniserregenderes Risiko, so der Bericht, besteht darin, dass technologische Innovationen, die die durch Energiespeicherung geführten Designs verbessern könnten, ins Stocken geraten und niemals vollständig ausgereift sein werden.

Lithium-Ionen-Batterien sind für Elektrofahrzeuge und elektronische Produkte geeignet, aber nicht unbedingt ideal für Stromnetze, so die Autoren des Berichts. Dies kann die Einführung alternativer Energiespeichertechnologien verhindern, die längere Entladezeiten, eine längere Lebensdauer und eine bessere Optimierung aufweisen können.

DavidHart ist Senior Fellow bei der Stiftung für Informationstechnologie und Innovation und einer der Autoren der Studie. Es gibt bereits zwei Anzeichen, bemerkt er. "Die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien haben es schwierig gemacht, alternative Energiespeichertechnologien zu implementieren, und Unternehmen von globalem Maßstab erweitern die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien." Sagte Hart. Die fünf weltweit führenden hersteller von lithium-ionen-batterien planen laut Bericht eine Verdreifachung der Produktion bis 2020.

Solarzellen haben ein ähnliches Entwicklungsmodell. Hersteller von Solarstromprodukten haben die Produktion von Photovoltaikmodulen hochgefahren, Druck auf Hersteller alternativer Solartechnologien ausgeübt und diese sogar vom Markt verdrängt.

Im April 2017 beschwerten sich zwei US-amerikanische Hersteller von Solarprodukten, Suniva und SolarWorld, bei der US International Trade Commission (ITC) über solche Handelspraktiken. Im Januar kündigte die Kommission einen 30-Prozent-Tarif für ausländische Photovoltaik-Module an.

"Es sind einige Probleme aufgetreten", sagte Hart. "Unsere Konkurrenten spielen nicht nach den gleichen Regeln." Dies bezieht sich auf die Verbesserung der Produktionskapazität von Lithium-Ionen-Batterien in einigen Ländern. "Die USA machen das nicht sehr gut, und das benachteiligt Unternehmen im Wettbewerb", sagte er.

Die Risiken von Lithium-Ionen-Batterien

Darüber hinaus wurde viel Geld in die Erweiterung von Projekten zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien gesteckt, was den Druck auf die Wettbewerber erhöht, allein im Preiswettbewerb zu bestehen. Die Lithium-Ionen-Kostenkurve ist die Summe verschiedener anderer Anwendungen, wird jedoch hauptsächlich in Elektrofahrzeugen und elektronischen Produkten verwendet, sodass sie die Kosten von Lithium-Ionen-Batterien für praktische Anwendungen nicht genau widerspiegelt.

Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien im Versorgungsmaßstab weisen einige einzigartige Eigenschaften auf, die sich in vielen Prognosen der Lithium-Ionen-Kostenkurve nicht vollständig widerspiegeln, sagte DavidBradwell, Mitbegründer und Senior Vice President für Kommerzialisierung und Chief Technology Officer von Ambri, einem Liquid- Hersteller von Durchflussbatterien.

Herr Bradwell weist darauf hin, dass Lithium-Ionen-Batterien auch anfällig für die Risiken von Rohstoffen sind, da sie Kobalt verwenden, dessen Preis sich kürzlich verdoppelt hat. Nickel könnte auch als Alternative verwendet werden, aber der Kompromiss wäre, die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verkürzen. "Das ist in Ordnung für Elektrofahrzeuganwendungen, aber nicht für Netzanwendungen.", sagte Bradwell.

Andere Energiespeichertechnologien

Im MIT-Forschungsbericht werden viele Arten von Energiespeichertechnologien erwähnt, z. B. Druckluftspeicher und kinetische Energiespeicher. Die Technologie, die als Hauptkonkurrent von Lithium-Ionen-Batterien angesehen wird, ist jedoch die Flüssigkeitsstrom-Batterietechnologie.

Fluid-Flow-Batterien speichern und erzeugen Strom durch den Austausch von Elektrolyten. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien können Liquid-Flow-Batterien nahezu unbegrenzt geladen und entladen werden. Durch Anpassen der Größe der Behälter, in denen sich die Elektrolyte befinden, können sich Flüssigkeitsstrombatterien leichter ausdehnen und zusammenziehen als Lithium-Ionen-Batterien, um die Entladungsanforderungen zu erfüllen.

Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien stehen verschiedene Liquid-Flow-Batterien jedoch immer noch im harten technologischen Wettbewerb. Die Rücklaufeffizienz der Durchflusszelle ist aufgrund der parasitären Belastung der Pumpe, die zum Bewegen des Elektrolyten zwischen den Zellen erforderlich ist, viel geringer als die der Lithium-Ionen-Zelle. Der Hauptvorteil von Flüssigkeitsstrombatterien besteht jedoch darin, dass sie durch Verstärkung des Elektrolytspeicherpools eine längere Entladedauer bieten. Dennoch haben Liquid-Flow-Batterien Schwierigkeiten, eine breite Akzeptanz auf dem Markt zu erlangen.

"Es ist definitiv ein harter Kampf." PaulFerrera, Business Development Manager bei PrimusPower, einem Hersteller von Liquid-Flow-Batterien. Er weist darauf hin, dass sich Lithium-Ionen-Batterien, die sich bis zu vier Stunden lang entladen können, an Anwendungen im Netzmaßstab anpassen. Flüssigkeitsstrombatterien seien für viele Anwendungen eine praktikablere Option, beispielsweise für das Umschalten von Umspannwerken oder die Verlagerung von Energie vom Höhepunkt der Sonnenenergie bis zum abendlichen Anstieg.

"Der größte Vorteil von Flüssigkeitsbatterien sind die geringen Rohstoffkosten." Sagte Ferrera. PrimusPower hat die Rohstoffkosten seiner Zink-Brom-Durchflussbatterie auf 50 bis 60 USD pro kWh gesenkt, verglichen mit etwa 125 bis 150 USD pro kWh für Lithium-Ionen-Batterien.

Da die Liquid-Flow-Batterietechnologie von Primus keine Ionenaustauschermembran erfordert und einen einzigen Durchflusskreislauf für den Elektrolytaustausch verwenden kann, behauptet Ferrera, dass die Kosten für einzigartige Liquid-Flow-Batterien mit denen von Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar sind. "Unsere Liquid-Flow-Batterien können im Preis mit Lithium-Ionen-Batterien mithalten." Er sagte.

Prozessvorteil

Ferrera glaubt, dass die Liquid-Flow-Batterietechnologie die Lithium-Ionen-Batterien auf Kostenbasis schnell überholen wird, wenn die Herstellung in Zukunft effizienter wird. Durchflussbatterien reduzieren nicht die Nutzungsraten und die Notwendigkeit, Batterien zu ersetzen, oder die Kosten für Bauprojekte, wodurch die Lebensdauerkosten von Energiespeicherprojekten gesenkt werden.

Laut Ferrera eignet sich die Fluid-Flow-Batterie besonders für Projekte, die zur Lösung des Problems der "Entenkurve" beitragen sollen, da sie tagsüber große Mengen an Strom speichern und nachts während der Stoßzeiten an ihre Grenzen bringen kann. "Unsere Flow-Batterie ist perfekt für Entenkurven", sagte er. "Es kann 100 Prozent Entladung und unendliche Zyklen durchführen."

Ferrera räumt jedoch ein, dass Lithium-Ionen-Batterien einige Vorteile in Bezug auf die Marktposition haben, dass die Technologie 30 oder 40 Jahre alt ist und dass viele Unternehmen durch große Bilanzen unterstützt werden und negativen Margen standhalten können. "Unser Unternehmen ist erst neun Jahre alt, aber wir denken, dass der Speichermarkt groß genug ist." Sagte Ferrera.

Er sagte, dass Lithium-Ionen-Batterien weiterhin ein Gewinner auf dem Kurzzeit- und Mobilfunkmarkt sein werden und weiterhin für Kunden mit begrenztem Platz und begrenzter Leistungsdichte von Interesse sein werden. Eine wachsende Zahl von Versorgungsunternehmen beginnt jedoch, die Vorteile von Flüssigkeitsbatterien für die Langzeitlagerung zu verstehen.

Laut Ferrera befand sich PrimusPower im Übergang von Demonstrationsprojekten zur kommerziellen Produktion. "Wir haben einige kommerzielle Projekte gestartet, fünf bis acht im Quartal", sagte er.

Primus, ein Unternehmen, das auch staatliche Mittel erhält, und die Autoren des MIT-Papiers wünschen sich weitere Anstrengungen, um die Entwicklung der Vielfalt der Energiespeichertechnologien zu fördern. Das Papier enthält verschiedene Empfehlungen für politische Entscheidungsträger, z. B. die Ausweitung der Forschungs- und Entwicklungsfinanzierung, die Bereitstellung von Steuergutschriften für Energiespeicher mit Schwerpunkt auf neuen Technologien und die Zusammenarbeit mit internationalen Verbündeten zur Bekämpfung unlauterer Handelspraktiken.

Die Agentur für fortgeschrittene Forschungsprojekte des US-Energieministeriums (arp) hat ein langfristiges Energiespeicherprogramm in Höhe von 30 Millionen US-Dollar angekündigt, das auf die Bereitstellung von 10 bis 100-Stunden-Speichereinrichtungen abzielt.

Die Schaffung eines Nischenmarktes schaffe eine Plattform für Wachstum, sagte Hart. Zum Beispiel zitiert er die Schaffung einer solaren Nische.

Vor einigen Jahren war Windkraft die dominierende Technologie für erneuerbare Energien. In ähnlicher Weise, wie viele Staaten Solarprojekte eingesetzt haben, um die Entwicklung der Solarenergie zu fördern, können Staaten ein Feld für ausgereifte Energiespeichertechnologien anstelle von ausgereiften Technologien schaffen. "Ich glaube an die Rolle der Nachfrage, aber manchmal müssen sie ausgewogen sein", sagte Hart.

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