Lithiumbatteriekosten pro kWh - Chancen und Risiken

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind die am weitesten verbreiteten Energiespeicher in den Bereichen Unterhaltungselektronik und Elektrofahrzeuge und eng mit unserem täglichen Leben verbunden, in dem Sicherheit an erster Stelle steht. lithium-ionen-akku ist ein typisches multidisziplinäres Produkt. Eine kleine Einzelzelle besteht aus mehrskaligen organischen und anorganischen Materialien. Darüber hinaus machte es seine relativ schließende Eigenschaft schwierig, online zu lernen, geschweige denn auf der Ebene des akkus oder Systems. Sicherheit, auch ausgedrückt in Missbrauchssicherheit, einschließlich mechanischem, elektrischem und thermischem Missbrauch, ist ein sehr kompliziertes Thema für Lithium-Ionen-Batterien. Bei Großinstallationen muss die Sicherheit gewährleistet sein. Hier werden Primärmaterialien und Zellentwicklungstechniken, die für Sicherheitsfragen relevant sind, mit Kosten pro kWh überprüft. Zu den Hauptkomponenten der Batterie gehören Kathode, Anode, Elektrolyt und Separator. Zelldesign und Herstellungstechniken haben auch einen großen Einfluss auf die elektrochemische und Sicherheitsleistung der Zelle. Hier werden wir uns mit dem thermischen Durchgehen einzelner Zellen und einigen jüngsten Fortschritten bei Batteriematerialien und Zellenlayout befassen.

Wie viel kostet eine Lithiumbatterie pro kWh?

Die Elektrifizierung von Autos und die Notwendigkeit, mit erneuerbarer Energie erzeugten Strom - hauptsächlich Sonnen- und Windstrom - zu speichern, weisen auf eine enorme Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien hin.

In den letzten zehn Jahren sind die Preise für Lithium-Ionen-Batterien gesunken. Laut Bloomberg NEF erreichten die Preise für akkus im Jahr 2010 1.160 USD pro kWh, fielen jedoch im vergangenen Jahr auf 176 USD pro kWh. Experten gehen davon aus, dass sie bis 2024 aufgrund von Fortschritten unter 100 USD liegen könnten. Während neue Untersuchungen darauf hindeuten, dass die Preise für Lithium-Ionen-Batterien bis 2020 dramatisch sinken könnten, schaffen dies Bedingungen für eine breite Akzeptanz in einigen Märkten für Elektrofahrzeuge.

Batterietechnologie lädt voraus

Die meisten Experten sind sich einig, dass die Energiespeicherpreise in den kommenden Jahren sinken werden, sind sich jedoch nicht einig darüber, wie weit und wie schnell. Dies ist eine wichtige Debatte, da ein starker Rückgang der Batteriepreise weitreichende Auswirkungen auf die Industrie und die Gesellschaft selbst haben könnte. Insbesondere billigere Batterien können eine breitere Akzeptanz von Elektrofahrzeugen ermöglichen, was möglicherweise die Strom-, Transport- und Erdölbranche stören kann.

Wir haben ein umfassendes Bottom-up-Modell für "Kosten" erstellt, um die Diskussion zu informieren, in dem geschätzt wird, wie sich die Preise für Lithium-Ionen-Batterien in der Automobilindustrie bis 2025 entwickeln werden. Unsere Analyse zeigt, dass der Preis für ein komplettes Lithium-Ionen-Batteriepaket für Kraftfahrzeuge liegt könnte von 500 USD auf 600 USD pro Kilowattstunde (kWh) bis 2020 auf etwa 200 USD pro kWh und bis 2025 auf etwa 160 USD pro kWh fallen. In den Vereinigten Staaten können Autohersteller, die Batterien zu Preisen unter 250 USD pro kWh kaufen, bei Benzinpreisen über oder unter 3,50 USD pro Gallone mit Elektrofahrzeugen auf der Basis der Gesamtbetriebskosten konkurrieren, wobei Autos mit fortschrittlichen Verbrennungsmotoren betrieben werden (Exponat) ).

Zusätzlich zu den Batteriepreisen hängt das Tempo der Einführung natürlich von einer Reihe von Faktoren ab. Es ist wichtig, dass der Zustand der Batterien, die Leistung und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs sowie die Kundenpräferenzen makroökonomisch und aufsichtsrechtlich überprüft werden. Und das Tempo, mit dem Autohersteller niedrigere Batteriepreise realisieren, kann sich um drei bis fünf Jahre unterscheiden. Die Dauer eines Produktentwicklungszyklus hängt von den Portfoliostrategien dieser Unternehmen ab.

Darüber hinaus dürfte das Aufkommen billigerer Batterien weitere Innovationen bei anderen Technologien wie Verbrennungsmotoren anregen. Diese Fortschritte würden nicht nur die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass in den nächsten zehn Jahren, sondern unabhängig von der vorherrschenden Technologie auch die breitere Verkehrswirtschaft umgestaltet und weiterentwickelt wird.

Kostenentwicklung und Risiko für lithiumbatterien

Bei der derzeitigen Rate werden Lithium-Ionen-Batterien voraussichtlich vor 2030 100 US-Dollar pro kWh auf Gleichstromebene erreichen und voraussichtlich 300 Wh / kg erreichen. Diese Raten scheinen linear zu sein; Diese Metriken werden viel früher erfüllt, wenn eine größere Aufzinsung auftritt. Haupttreiber für diese Entwicklung ist das steigende Produktionsvolumen der Automobilindustrie.

Der in Abbildung 1 dargestellte Trend unterteilt den Preis für Autobatteriesätze in über 40 zugrunde liegende Treiber, berücksichtigt erwartete Verbesserungen in Bereichen wie Materialverarbeitung und -produktion sowie Gemeinkosten und Margen für verschiedene Wertsegmente Kette, so dass in den kommenden Jahren die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sinken und die Erfindungen von Elektroautos oder Fahrzeugen möglich sein werden. Diese komponentenweise Betrachtung der zukünftigen Batteriepreise basiert auf einer primären Forschungsgrundlage, einschließlich Interviews mit Experten aus Industrie, Wissenschaft und Regierung.

Unsere Arbeit legt nahe, dass der Tag, an dem Elektrofahrzeuge zu überzeugenderen Alternativen zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor werden, zumindest auf der Grundlage der Gesamtbetriebskosten um drei Faktoren gesteigert werden könnte.

• Entwicklung im Maßstab. Skaleneffekte und Produktivitätsverbesserungen in der Fertigung könnten größtenteils bis 2015 erzielt werden, was etwa einem Drittel der potenziellen Preissenkungen bis 2025 entspricht. Einsparungen würden in erster Linie von der Optimierung der Produktionsprozesse, der Standardisierung der Anlagen und der Verteilung der Fixkosten auf höhere Stückzahlen profitieren. Daher könnten neue Anlagen wesentlich wettbewerbsfähiger sein als jene, die vor 2010/11 in Betrieb waren.

• Niedrigere Materialpreise. Preissenkungen bei Materialien und Bauteilen konnten größtenteils bis 2020 erreicht werden, was etwa 25 Prozent der gesamten Einsparungsmöglichkeiten entspricht. Die EBIT-Margen könnten unter Wettbewerbsdruck auf die Hälfte der heutigen 20-40% fallen. Die Lieferanten von Einheiten werden ihre Kosten erheblich senken, indem sie die Produktivität bei der Herstellung steigern und den Betrieb an optimale Kostenorte verlagern.

• Technologien, die die Batteriekapazität steigern. Technische Fortschritte bei Kathoden, Anoden und Elektrolyten könnten die Batteriekapazität bis 2020/25 um 80 bis 110% erhöhen. Diese Bemühungen machen 40 bis 45 Prozent der festgestellten Preissenkungen aus. Neue Kathoden von Batterien mit Schichtstrukturen beseitigen Totzonen und könnten die Zellkapazität um 40% erhöhen. Siliziumanoden mit hoher Kapazität werden von Herstellern hergestellt, die die Zellkapazität gegenüber den heutigen Graphitanoden um 30% erhöhen könnten. Und Wissenschaftler entwickeln Kathode-Elektrolyt-Paare, die die Zellenspannung von 3,6 Volt bis 2025 auf 4,2 Volt erhöhen und damit den Wirkungsgrad der Zellen im Vergleich zu aktuellen Standards um 17 Prozent steigern könnten - und möglicherweise noch viel mehr.

In anderen Sektoren, insbesondere in der Unterhaltungselektronik, wo die weltweite Nachfrage nach billigeren und leistungsstärkeren Batterien stark ist, werden die meisten Entwicklungen, die Preissenkungen für Lithium-Ionen-Autobatterien ermöglichen, tatsächlich zuerst realisiert.