Wie werden Lithiumbatterien neben Elektrofahrzeugen den Status quo der Energie verändern?

Ungefähr drei Viertel einer schlangenförmigen Produktionslinie entlang des Nissan Sunderland-Werks installiert ein Arbeiter ständig Kraftstofftanks auf unzähligen Hacker-Chassis - die meisten im Werk produzierten Autos sind SUVs. Aber diese Produktionslinie wird von Zeit zu Zeit ein anderes Auto durchlaufen: ein Elektroauto namens Leaf.

Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Aufgabe des Arbeiters von der Installation des Kraftstofftanks zur Installation der Batterie. Seine Bewegungen funktionieren perfekt mit dem Roboterarm neben ihm und wechseln nahtlos zwischen Kraftstoff und Elektroautos.

Bis vor kurzem fanden viele Leute diesen Wechsel unglaublich. Im vergangenen Jahrhundert waren Verbrennungsmotoren die Hauptantriebskraft für Autos und Schiffe. Dies gibt ihm wirklich einen großen Vorsprung. Obwohl der Leaf als das weltweit meistverkaufte Elektroauto bekannt ist, produzierte das Werk in Sunderland, die größte Autofabrik Großbritanniens, im vergangenen Jahr nur 175.000 Leaf, verglichen mit 310.000 im selben Jahr. Im krassen Gegensatz dazu befindet sich der Hacker in einem profitablen Zustand, während das Blatt Geld verliert.

Im vergangenen Jahr wurden weltweit 750.000 Elektrofahrzeuge verkauft, was weniger als 1% des Neuwagenmarktes entspricht. Carlos Ghosn, Inhaber der Renault-Nissan-Allianz, sagte 2011, dass nur die beiden Unternehmen ihre Elektrofahrzeugproduktion bis 2016 verdoppeln werden. Im Nachhinein ist diese Vorhersage offensichtlich zu optimistisch, aber ähnliche Vorhersagen sind nicht ungewöhnlich.

Obwohl der Zeitpunkt des Starts von Elektrofahrzeugen nicht bestimmt werden kann, besteht allgemeiner Konsens darüber, dass diese Technologie bald ein großes Geschäft werden wird.

Vor kurzem wurden zivile Elektrofahrzeuge mit einer nahezu vollständigen Benzinpalette (wie Teslas Modell 3 und Chevrolet Bolt von General Motors) gelistet, und das überarbeitete Blatt wird im September veröffentlicht. Der aktuelle Status des Werks in Sunderland zeigt, dass sich Kraftstoff- und Elektrofahrzeuge bereits eine einzige Produktionslinie teilen können, was die Beliebtheit solcher Fahrzeuge durch die Erweiterung der Produktionskapazität vereinfacht.

lithium-batterie springt vorwärts

Viele Prognosen deuten darauf hin, dass die Lebenszeitkosten für den Besitz und das Fahren eines Elektroautos in wenigen Jahren mit denen eines Kraftstoffautos verglichen werden können, was in den 2020er Jahren zu einem Anstieg der Verkäufe von Elektrofahrzeugen geführt hat und in den 2030er Jahren zum Mainstream wurde. China trug im vergangenen Jahr etwa die Hälfte zum weltweiten Absatz von Elektrofahrzeugen bei. Schätzungen zufolge werden im Jahr 2020 2 Millionen Elektro- und Plug-in-Hybride unterwegs sein und in 10 Jahren 7 Millionen erreichen.

Das Beratungsunternehmen Bloomberg New Energy Finance wies darauf hin, dass die Erwartungen der Ölunternehmen an Elektrofahrzeuge viel höher sind als noch vor einigen Jahren. Die Organisation der erdölexportierenden Länder (OPEC) geht nun davon aus, dass bis 2040 266 Millionen Elektrofahrzeuge auf der Straße fahren werden. Sowohl Großbritannien als auch Frankreich haben ebenfalls angekündigt, dass bis dahin Fahrzeuge mit reinem Kraftstoff verboten sein werden.

Dies ist auf die deutliche Ausweitung des Geschäfts mit Lithium-Power-Batterien und den allgemeinen Konsens zurückzuführen, dass die Branche auch in Zukunft schnell wachsen wird. Der erste lithium-akku wurde vor 26 Jahren auf den Markt gebracht und ursprünglich für die CCD-TR1-Kamera von Sony verwendet. Dieses Produkt ist so beliebt, und der verwendete Akku ist umso beliebter, und es wird nach und nach in Computern, Mobiltelefonen, schnurlosen Geräten, elektronischen Zigaretten und anderen Produkten verwendet.

Je mehr elektronische Produkte Batterien verwenden, desto größer ist die Nachfrage nach Lithiumbatterien. Im vergangenen Jahr betrug die Produktion von Lithiumbatterien, die von Konsumgütern geliefert wurden, etwa 45 GWh. Um es ganz klar auszudrücken: Wenn alle Batterien für die Stromversorgung Großbritanniens verwendet werden (der durchschnittliche Stromverbrauch des Landes beträgt 34 GW), kann dies etwa 1 Stunde und 20 Minuten dauern.

Im selben Jahr erreichte die Produktion von Lithiumbatterien für Elektrofahrzeuge die Hälfte der Elektronik: 25 GWh. SamJaffe, eine Batterieberatung bei CairnERA, geht jedoch davon aus, dass die Nachfrage nach Autobatterien bereits im nächsten Jahr die Unterhaltungselektronik übertreffen wird, was sie zu einem Wendepunkt für die gesamte Branche macht. Die massive Expansion hat begonnen.

Als die fünf weltweit führenden hersteller von lithium-power-batterien erhöhen die japanischen Unternehmen Panasonic, LG Chem und Samsung SDI aus Südkorea, die chinesische BYD- und Ningde-Ära die Investitionsausgaben und erwarten, dass die Produktion im Jahr 2020 das Dreifache des aktuellen Niveaus erreichen wird Die 5-Milliarden-Dollar-Superfabrik in Nevada und Panasonic konnte eine jährliche Produktion von etwa 4 GWh erzielen. Tesla sagte, das Unternehmen werde 2018 eine Kapazität von 35 GWh erreichen. Noch vor vier Jahren reichte diese Produktion für alle Lithiumbatterien weltweit aus.

Superfabriken werden nicht nur für Elektroautos gebaut. Nach Anhörung über die Leistungsregelung in South Australia, sagte Tesla - Gründer Elon Musk dem Land des Premierminister im März , dass Tesla genügend Batteriekapazität bis zum Ende des Jahres , dass das Gitter nie Auf Wiedersehen , um sicherzustellen , bieten könnte.

In der Superfabrik versuchen sie derzeit, 129 MWh Kapazität zu stopfen, um das Versprechen des Chefs zu erfüllen. Wenn es auf der anderen Seite des Pazifiks installiert wird, wird es das größte seiner Art in der Welt sein. Es wird jedoch viele ähnliche Systeme geben, die in Zukunft bereitgestellt werden.

Da Netzbetreiber nach Möglichkeiten suchen, die Auswirkungen einer intermittierenden Versorgung mit Solar- und Windenergie zu glätten, werden Lithium-Power-Batteriepacks im industriellen Maßstab immer beliebter - insbesondere durch das Spleißen vieler in Autos verwendeter Batteriepacks. Passen Sie die chemischen und elektronischen Komponenten an, um schnellere Lade- und Entladeraten zu unterstützen.

Verbraucher, die vom Stromnetz unabhängig sein möchten, können kleinere Akkus kaufen - oder ihren eigenen Strom speichern, um ihn an das Stromnetz zu verkaufen, wenn die Strompreise tagsüber oder nachts am höchsten sind. Batterien sind ein wesentlicher Bestandteil der wahren Vision von niedrigen Emissionen in der Zukunft geworden.

Die weltweite Produktionskapazität steigt

Die Grundprinzipien von Lithiumbatterien sind leicht zu verstehen. Wenn die Batterie auf ein Potential aufgeladen wird, werden Lithiumionen tief in die Graphitelektrode gezogen. Während des Gebrauchs kehren diese Lithiumionen durch den flüssigen Elektrolyten zu der komplexeren Elektrode, der Kathode, zurück, die aus einer Verbindung von Lithium und anderen Metallen besteht.

Andererseits ist das grundlegende Betriebsmodell des Batteriegeschäfts sehr undurchsichtig, vor allem, weil die Lieferanten der Geheimhaltung und der unvorhersehbaren wirtschaftlichen Situation der asiatischen Marktführer, die Marktführer sind, zu viel Aufmerksamkeit schenken.

Die Situation in den letzten Jahren zeigt, dass alle großen Hersteller ihre Produktionskapazität erhöhen, auch weil dies die Stückkosten senken kann. Als Grundbestandteil der Batterie kosteten Lithiumbatterien im Jahr 2010 mehr als 1.000 USD pro kWh und fielen im vergangenen Jahr auf 130 bis 200 USD. GM sagte, als das Unternehmen einen 60-kWh-Akku für Bolt kaufte, betrug der an LG Chem gezahlte Preis 145 USD pro kWh (die Kosten für den Akku waren aufgrund von Arbeit, Material und elektronischen Komponenten höher als die Kosten für den Akku).

Tesla sagte, dass der Preis für die Batterie des Modells 3 günstiger ist. Niedrige Kosten sind nicht die einzige Verbesserung. Durch große F & E-Investitionen wurden eine höhere Energiedichte (erhöhte Kapazität pro Kilogramm) und eine längere Lebensdauer (erhöhte Lade- und Entladezyklen) erzielt. Die Batteriegarantie von Bolt beträgt 8 Jahre.

Auf diese Weise können Preissenkungen nicht nur zu billigeren und qualitativ besseren Batterien führen, sondern auch zu starken Überkapazitäten. CairnERA schätzte im vergangenen Jahr, dass die Kapazität von lithium-batterien um ein Drittel höher ist als die Nachfrage. Sowohl die Agentur als auch BNEF sagten, dass die Batteriehersteller für jede produzierte Autobatterie entweder Geld verlieren oder nur einen geringen Gewinn erzielen können.

Trotz Überangebot planen alle, weiter zu expandieren, um die Kosten weiter zu senken. Jeff erklärte, dass diese Art des Denkens zum "traditionellen asiatischen Riesenmodell" gehört: im Austausch gegen Gewinnmargen im Austausch gegen Marktanteile.

Dies scheint eine gute Strategie zu sein, da die Zukunft von Elektrofahrzeugen vielversprechend ist. Aber jetzt scheint es ein bisschen nervös. Obwohl Jeff glaubt, dass die wachsende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und Lagereinrichtungen diese rasche Expansion unterstützen kann, glaubt er jetzt auch, dass "dies wie ein Goldrausch ohne Gold ist".

Aber es enthält einige andere wertvolle Metalle. Um mehr Batterien herzustellen, benötigen Sie mehr Lithium sowie eine Vielzahl anderer Metalle, einschließlich Kobalt, das zur Herstellung von Kathoden verwendet wird. Diese Metalle machen etwa 60% der Batteriekosten aus. Für Batteriehersteller ist es ebenso wichtig, die kontinuierliche Versorgung mit diesen Materialien sicherzustellen wie die Beherrschung der elektrochemischen Technologie.

Laut Simon Moores vom Beratungsunternehmen BenchmarkMineralIntelligence haben sich die Lithiumpreise seit 2015 verdreifacht, die Kobaltpreise haben sich verdoppelt und die Preise für nickelhaltige Chemikalien für Kathoden sind ebenfalls gestiegen.

Morse sagte, es sei nicht schwierig, eine neue Lithiumquelle zu finden. Die weltweiten Lithiumreserven betragen mindestens 210 Millionen Tonnen, und die derzeitige Jahresproduktion beträgt nur 180.000 Tonnen. Die neue Lithiummine wird schrittweise abgebaut. Chiles SQM, der weltweit größte Lithiumproduzent, kündigte im Juli an, 110 Millionen US-Dollar in Westaustralien zu investieren, um ein Lithium-Joint Venture zu gründen.

Die Situation mit Kobalt ist noch schwieriger. Das Angebot ist nicht nur knapp, sondern viele stammen aus der Demokratischen Republik Kongo. In dieser Region gibt es sowohl ethische Probleme (Notwendigkeit, sich auf Kinderarbeit zu verlassen) als auch geschäftliche Probleme (niemand möchte sich bei wichtigen Ressourcen auf Kriegsherren verlassen). Laut LG Chem versucht das Unternehmen, die im Akku verwendete Kobaltmenge zu reduzieren und gleichzeitig die Leistung weiter zu verbessern. In Zukunft wird das Recycling dieses Metalls aus gebrauchten Batterien die Nachhaltigkeit der gesamten Branche erhöhen.

Einer der Gründe, warum die Hersteller ihre Produktionskapazität angesichts steigender Rohstoffpreise immer noch zuversichtlich erweitern, ist, dass Lithiumbatterien derzeit nur wenige Konkurrenten haben. Es gibt oft andere Batterietechnologien, die behaupten, im Prinzip einen größeren Vorteil zu haben - aber keine Technologie kann sich durch jahrzehntelange Entwicklung von einer einfachen Idee zu einer dominanten Technologie wie einer Lithiumbatterie ändern. Der gesamte Prozess hat eine Reihe komplementärer Technologien hervorgebracht, darunter Feinfertigung, Elektrolytauswahl und noch komplexere Metallkathoden-Nanotechnologie.

Kenan Sahin, Leiter von CACMPower, einem Lieferanten von Kathodenmaterialien in den USA, sagte, dass die Kosten und das Gewicht von Lithiumbatterien, die Anzahl der Zyklen des wiederholten Ladens und Entladens, die Haltbarkeit und die Sicherheit durch unzählige Anpassungen und nicht über Nacht erreicht werden. Tu es.

Er vergleicht die Batteriechemie mit dem Wirkstoffentdeckungsprozess in der Pharmaindustrie. „Es ist wirklich hart. Egal, was Sie auf einer Skala tun möchten, Sie müssen die Nebenwirkungen akzeptieren “ , sagte er. Dies ist für potenzielle Gläubiger schwer nachzuahmen. Auf absehbare Zeit wird die sich ständig weiterentwickelnde Lithium-Power-Batterietechnologie - möglicherweise unter Verwendung neuer Festkörperelektroden - weiterhin führend sein und vom anhaltenden Wachstum der von ihr unterstützten Anwendungsmodelle profitieren.

Bis jetzt ist die zylindrische 18650-Batterie der Hauptstrom. Es ist ungefähr 65 mm lang und 18 mm im Durchmesser und hat eine Energiedichte von ungefähr 250 Wh pro Kilogramm. (Zum Vergleich: Die Energiedichte von Benzin ist etwa 50-mal höher, aber die Batterie kann hunderte Male mehr Energie speichern.)

Tesla und Panasonic entwickeln derzeit 2170 Batterien, die etwas länger und etwas breiter als die 18650 sind. Laut Musk wird dies die Batterie mit der höchsten Dichte auf dem Markt sein. Das Unternehmen gab an, dass die Fahrkosten des Ende Juli ausgelieferten Modells 3 im Vergleich zu allen Vorgängermodellen um die Hälfte gesunken sind. Bei der Vorstellung des Autos, Aussage Musk 's rund 500.000 Einheiten im nächsten Jahr zu erreichen , ist ziemlich genial. "Willkommen in der Produktion der Hölle", sagte er zu den Fließbandarbeitern.

Tesla kündigte am 7. August , dass es $ 1,5 Milliarden im Wert von Anleihen würde Ausgabe des Unternehmens Expansionspläne zu unterstützen, die Börse eine dringend benötigte Atempause zu geben - das Unternehmen oft hebt den Aktienmarkt und der Aktienkurs hat sich im vergangenen Jahr gewesen. Zwei Drittel höher.

Das Unternehmen gab bekannt, 455.000 Model3-Vorverkaufsaufträge erhalten zu haben, mit denen vor Jahresende genügend Cashflow generiert werden kann, um die Finanzlage zu festigen. Wenn alles nach Plan läuft, hofft Musk, dass die Superfabrik mit einer jährlichen Kapazität von 100 GWh das größte Gebäude der Welt wird. Das Unternehmen kann auch anderswo Superfabriken bauen, und die nächste kann sich in China niederlassen.

Alle Initiativen glauben, dass Elektrofahrzeuge gedeihen werden. Diese Produkte werden zweifellos besser und billiger. Es gibt jedoch noch einige Faktoren, die die Praktikabilität einschränken. Der bemerkenswerteste ist das Aufladen. In Großbritannien haben 43% der Autobesitzer keine Parkplätze auf der Straße, so dass sie ihre Autos nicht zu Hause aufladen können. Wenn das 11-kW-Ladegerät zum Laden eines 90-kWh-Akkus für 6 Stunden verwendet wird, kann die Sicherung durchgebrannt werden.

Das New Yorker Stromnetz ist verfallen und geht auf die Zeit von George Westinghouse und Nikola Tesla vor mehr als einem Jahrhundert zurück. Derzeit werden Anstrengungen unternommen, um mehr erneuerbare Energiequellen als Stromquelle zu absorbieren, und Energiespeicher bieten neue Möglichkeiten, um den Spitzenbedarf an Strom zu decken. Der Energiebeamte des Staates, Jason Doling, sagte, das Projekt sei ideal für die Installation in Hochhäusern geeignet, die den Aufzug morgens und abends mit Strom versorgen könnten.

Die New Yorker Feuerwehr befürchtet jedoch weiterhin, dass Lithiumbatterien in Gebäuden Brände verursachen könnten. Das letztjährige Samsung Galaxy Note7 "Frozen Door" hat der Welt klar gemacht, dass Lithiumbatterien, wenn sie nicht richtig konstruiert sind, aufgrund eines Kurzschlusses brennen würden. Insgesamt haben die neuen Materialien und Keramikbeschichtungen der Elektroden die Autobatterien sehr sicher gemacht.

Neben Sicherheitsbedenken geben Unternehmen, die ihre eigenen Speichersysteme installieren, an, dass veraltete regulatorische und versicherungstechnische Probleme ein Hindernis für sie darstellen. Anil Srivastava, Leiter der Schweizer Batteriehersteller Leclanch é, sagte , dass dies begrenzt ihre Fähigkeit , den Zugriff auf Mittel. Sie müssen auch Wege finden, um Lagereinrichtungen lohnenswert zu machen.

Manchmal ist dies fast die einzige Lösung, die die gesetzlichen Anforderungen erfüllt (wie dies in San Diego der Fall ist): Nach dem Auslaufen des AlisoCanyon-Gastanks im Jahr 2015 war die California Public Utilities Commission besorgt über einen Stromausfall in Los Angeles. Wenn der Preis das Hauptziel ist, sucht der Akku nach mehr als einem Dienst, der dem Benutzer angeboten werden kann. Dieser Prozess wird als "Revenue Stacking" bezeichnet. Beispielsweise kann ein System nicht nur das Netz zur kurzfristigen Frequenzanpassung mit Strom versorgen, sondern auch eine Möglichkeit sein, den Spitzenbedarf zu bewältigen.

Es klingt kompliziert, aber es ist ein unvermeidlicher Trend in der Batterieindustrie, mehr als einen Weg zu finden, um dasselbe zu verkaufen, ebenso wie es unterschiedliche Produkte für unterschiedliche Märkte und unterschiedliche Nutzungsskalen anpasst. Obwohl der heutige Wohlstand ein wenig entmutigend wirkt, scheint die Branche auf lange Sicht gute Arbeit zu leisten.

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