Původně publikováno na RMI Outlet, blogu Rocky Mountain Institute
Od Madeline Tyson
S enormním nárůstem kapacity závodu na výrobu lithium-iontových (Li-ion) baterií v posledních několika letech a krátkodobými závazky k dalšímu rozšíření náklady na skladování baterií nadále dramaticky klesají. Klesající náklady spolu se zlepšeným výkonem umožňují nové bateriové aplikace, které dramaticky urychlí přechod na energii.
Pro mnoho investorů, tvůrců politik a systémových plánovačů jsou výkonnostní charakteristiky za cenu, které přitahují největší pozornost, často metriky, jako je hustota energie nebo bezpečnost. V příštích pěti letech však mohou být kritičtější zlepšení zaměřená na degradaci baterie (životnost cyklu) – nejen pro rozšíření osvojení elektromobilů, ale také pro otevření nových aplikací pro baterie, jako jsou služby z vozidla do sítě, použití po druhé životnosti. pro baterie, které již nejsou vhodné pro účely mobility a dlouhodobé skladování. Tyto aplikace by mohly významně posunout ekonomiku baterií a otevřít nové obzory příležitostí podél dříve nevyužitých hodnotových řetězců – jinými slovy, změnily by hru, pokud jde o urychlení přechodu na systém čisté energie.
Mnozí si neuvědomují, že lithium-iontové baterie zahrnují širokou škálu zařízení pro ukládání elektrochemické energie. Jak je vysvětleno v Průlomové baterie společnosti RMI existuje mnoho typů Li-ion baterií, všechny s různými výkonnostními charakteristikami a kompromisy. Země, výzkumné subjekty a výrobci výrazně investují do výzkumu a vývoje ve snaze o lepší a dokonce levnější, většinou Li-ion baterie.
V poslední době se objevilo mnoho rozruchů o tvrzení Tesly, že vyvinula chemii Li-ion baterie, která může během své životnosti urazit milion mil, což naznačuje dramatické zlepšení výkonu při degradaci. Zatímco nejzjevnějším důsledkem je schopnost ujet jeden milion mil se stejnou baterií (funkce užitečná pro robotická taxi), zlepšení životnosti baterií EV má mnoho dalších důsledků pro rozšíření případů použití elektrifikace.
Li-ion baterie se degradují v důsledku několika faktorů:čas, počet cyklů, hloubka cyklování a teplota. Li-ion baterie, které jsou optimalizovány pro hustotu energie, jako jsou katodové chemie NMC nebo NCA, měly historicky kratší životnost, pokud byly běžně zcela vybity (100 procent hloubka vybití). Další nejběžnější lithium-iontovou chemií, která se dnes vyrábí, je fosforečnan lithný (LFP), který je mnohem těžší a má nižší energetickou hustotu (není tak dobrý pro lehká užitková vozidla), ale má delší životnost.
Významné zlepšení životnosti li-iontových chemikálií s vysokou energetickou hustotou bude obrovským krokem k implementaci rychlého nabíjení elektromobilů, možností propojení vozidla do sítě a instalací s delší životností, včetně využití baterií druhé životnosti. Tato vylepšení však také představují výzvy:
Rychlé nabíjení
Rychlé nabíjení je klíčovou součástí budoucnosti elektrické mobility, protože je zásadní, aby elektromobily poskytovaly stejnou, ne-li lepší, funkčnost a snadnou přepravu, jaké existují dnes. Přesto je míra poškození u některých typů Li-ion baterií značná, když jsou rychle nabity nebo vybity. Vylepšení katody a elektrolytu, které snižuje závažnost poškození a prodlužuje životnost baterie, sníží negativní dopady rychlého nabíjení.
Nabíjení z vozidla do sítě (V2G)
Myšlenka, že vozidla mohou hrát roli při vyvažování elektrické sítě, je vzrušující, ale je plná výzev. Nissan i Fiat jsou zapojeny do pilotních projektů pro testování modelů V2G. Baterie EV se opět rozkládají cykly nabíjení a vybíjení. Poskytovatelé záruky na baterie nemají zájem odepisovat možnosti mobility těchto aktiv výměnou za malou náhradu z elektrické sítě.
Bez vylepšení v cyklování baterií elektromobilů a jejich životnosti by cenová sazba potřebná k pobídce k nabíjení z vozidla do sítě byla s největší pravděpodobností příliš vysoká. K zajištění této vyvažovací schopnosti by pravděpodobně byly zapotřebí jiné a dodatečné investice do skladování energie. Například spárování místního úložiště energie s infrastrukturou rychlého nabíjení by mohlo stále vytvářet takové výhody a zároveň zmírňovat dopady prudkých nárůstů poptávky z rychlého nabíjení. Potenciál samotných EV zajistit distribuované vyvažování sítě nebo lokalizovanou odolnost je nepravděpodobný bez výrazného zlepšení výkonu baterie EV.
Ukládání s delší dobou trvání
Naprostá většina projektů baterií vázaných na síť se zaměřovala na krátkodobé skladování, ale jak se náklady na baterie snížily, průměrná doba trvání takových projektů se zvýšila z 1,5 hodiny v roce 2015 na 2,2 hodiny dnes. Kromě toho, že další energie zvyšuje náklady projektů, vývojáři projektů Li-ion úložiště také obvykle převyšují množství energie, kterou potřebují, o 10 až 30 procent. Tato dodatečná kapacita pomáhá snížit počet případů, kdy jsou baterie zcela vybity, a může umožnit určitou degradaci.
Kromě toho instalace s delší dobou trvání často upřednostňují příležitosti s kratší dobou trvání, pokud je to možné, včetně doplňkových služeb nebo krátkodobého přesunu energie (např. 15 minut). Upřednostňování těchto krátkodobých trhů ze strany vývojářů baterií a vlastníků aktiv může podkopat výhody odolnosti baterií pro rozvodnou síť. Baterie s lepší životností a výkonem nebudou muset mít tolik vyrovnávací paměti nebo se obávat nákladů na degradaci baterie. V důsledku toho budou instalovány projekty s delší dobou trvání, které budou častěji využívat svou plně instalovanou kapacitu způsobem, který výrazně zlepší ekonomiku projektu baterií. Systémoví plánovači, regulátoři a investoři by měli tyto atributy vzít v úvahu při navrhování a výběru systémů.
Baterie s druhou životností pro dlouhodobé skladování
Li-ion LFP má již poměrně dlouhou životnost a je logickou volbou pro mnoho instalací do sítě. Očekává se však, že konečná cena LFP bude kolem 60 USD/kWh na základě nákladů na materiál komponent. To je pravděpodobně příliš vysoké pro typ dlouhodobého sezónního skladování, které bude potřeba pro vyšší pronikání obnovitelné energie. To platí zejména v chladnějších částech světa, které v zimě čelí špičkovým energetickým nárokům s omezenou dostupností zdrojů, někdy po dlouhou dobu.
Form Energy řeší tento problém pomocí své inovativní patentované technologie, která se zaměřuje na kapitálové náklady nižší než 10 USD/kWh. Nedávno společnost podepsala dohodu o předvedení 150hodinového projektu skladování s Great River Energy, což je důležitý milník a pokrok v energetické transformaci.
Li-ion baterie s druhou životností by mohly být dalším ekonomickým řešením pro dlouhodobé skladování, protože jejich nižší cena by mohla splnit potřebnou hranici. To bude vyžadovat vybudování Li-ion ekosystému tak, aby zahrnoval sběr, testování, recyklaci a zpracování baterií.
Současné lithium-iontové baterie by mohlo být obtížné zpeněžit pro velký výběr aplikací s druhou životností kvůli variabilitě stavu baterie a dramatickému poklesu životnosti a bezpečnosti na kole. K dnešnímu dni byly Li-ion baterie s druhou životností primárně používány pro aplikace odolnosti na telekomunikačních věžích, ale některé společnosti testují síťové aplikace druhé životnosti. Vzhledem k tomu, že trhy s dlouhodobějším skladováním dozrávají, bude nutné zlepšit životnost baterií, aby byla zajištěna důvěra ve zbývající energetický obsah repasovaných baterií EV, aby se zbývající hodnota vyrovnala případu použití. Konsolidace trhu Li-ion směrem k menšímu počtu chemických látek a sdíleným standardům mezi výrobci by navíc výrazně pomohla trhům sekundárního prodeje tento problém sledovat a pracovat na něm.
Výhledová vize elektrické sítě zahrnuje rychlé nabíjení, schopnost propojení vozidla do sítě a dlouhodobé skladování energie, včetně baterií druhé životnosti. Tyto nově se objevující případy použití budou výrazně urychleny s baterií EV, která zlepšila životnost. Investoři, systémoví plánovači a tvůrci politik by měli zvážit dopad cyklování na umožnění budoucích případů použití, když chtějí motivovat a investovat do úložných řešení. To by mělo zahrnovat vybudování robustního dodavatelského řetězce baterií, který je stále více standardizován a dokáže sledovat a porovnávat zbývající životnost baterií v bateriích druhé životnosti.
