Upozornění na událost: Odpovězte zde na „The New Iron Age“, inaugurační měsíční Live Chat s The Electric. V úterý ve 2 hodin. ET, budu mluvit s Yet-Ming Chiangem, spoluzakladatelem některých z nejdůležitějších startupů s bateriemi za posledních tucet let, včetně A123 Systems, 24M a Form Energy – společností pracujících přímo na tématech, o kterých jsme diskutovali posledních pět týdnů. Zbude čas na živé dotazy, tak se určitě přidejte.
Milionová baterie je skutečně tady. Všechno to změní
Před dvěma lety vznikla senzace kolem pojmu „baterie na milion mil“, mimořádně odolné lithium-iontové baterie, která může vydržet desítky let při napájení elektrického vozidla na dlouhé vzdálenosti a stojí víceméně stejně jako běžná baterie. Rozruch, který vyvolal článek, který napsal Jeff Dahn, profesor Dalhousie University a vědec s vedoucími bateriemi pro Teslu, získal větší pozornost, když Tesla a General Motors později řekly, že jsou na pokraji skutečné výroby takové baterie. Brzy však zanikl a zdálo se, že pouze čínský výrobce baterií a elektrických vozidel BYD uvedl na silnice vozidlo s tímto dojezdem.
Ukazuje se však, že přední výzkumní pracovníci a společnosti zabývající se elektromobily nadále vyvíjejí baterie, které vydrží 1 milion kilometrů nebo déle. V Číně BYD a Contemporary Amperex Technology, další bateriový gigant, každý inzerují životnost baterie EV 750,000 1 až 3 milion mil, což odpovídá pěti až sedmi desetiletím průměrné jízdy. Na Západě mi mluvčí GM řekl, že baterie Ultium společnosti, která bude uvedena na trh později v tomto roce v elektrickém Hummeru, také vydrží milion mil. V Dalhousie Dahnova vlastní testovací baterie nyní vydržela 30 miliony mil, čímž překročila vnější hranice benchmarku, který stanovil pro baterie s dlouhou životností. A Gene Berdichevsky, generální ředitel společnosti Sila Nanotechnologies, společnosti vyrábějící křemíkové anody, řekl, že očekává, že do konce dekády dodá XNUMXletou baterii.
„Je to ‚věčná baterie‘,“ řekl mi Berdičevskij. “Třicet let může být navždy.”
Dnes, i když to mnoho odborníků na baterie stále nevysvětlitelně považuje za okrajový nápad, zdá se, že baterie na milion mil se pravděpodobně stane komerčním standardem později v tomto desetiletí, pohání elektromobily a uchovává solární energii po pozoruhodně dlouhou dobu. Tato odolnost pravděpodobně rozproudí řadu průmyslových odvětví:
· Ropa a plyn: Klesající spirála fosilních paliv pro osobní vozidla a pohonné hmoty by se zrychlila, protože baterie překonávají dřívější předpoklady o své podřadnosti ve srovnání s energeticky hustou ropou a zemním plynem.
· Hornictví: Bylo by potřeba méně vzácnějších kovů a nerostů z baterií na světě, což by zkazilo prognózy, na kterých jsou založeny miliardy dolarů současných investic do těžby a rafinace.
· Auta: Zaměstnanost v tomto odvětví, která se již nyní ve stále elektrické éře bude snižovat, bude dále snižována, protože vozový park se bude obracet mnohem pomaleji.
· Recyklace: Ve světě elektromobilů s dlouhou životností bude nově vytvořený průmysl recyklace kovů z baterií méně žádaný, než se očekávalo. Recyklátoři by pravděpodobně byli nuceni přejít na méně lukrativní mobilní zařízení, elektrické nářadí a skútry.
Výzkumníci popisují baterie s dlouhou životností jako rozšiřující známé obrysy osobní dopravy: Pokud se baterie sotva rozbije, snadno skončíte ve světě „komunitní baterie“, ve které jsou elektromobily při zaparkování zapojeny do sítě a dodávají energii ve špičce. poptávka se zvýší a přebytek uloží, když je poptávka nízká. Motoristé by potenciálně trpěli mnohem menší úzkostí z dojezdu, protože takové baterie s dlouhou životností by se také nabíjely relativně rychle. Baterie se mohou stát celoživotním nákupem, zakoupeným za jeden EV, vzít si s sebou, když přejdete na nový model, a tak dále, jak stárnete – ale ne baterie.
V prvních dvou číslech The Electric jsem psal o tom, jak Čína ovládla závod s bateriemi: Zatímco američtí výzkumníci a laboratoře vynalezli každou hlavní používanou lithium-iontovou formulaci, americký průmysl nedokázal komercializovat žádnou z nich. Místo toho tak učinily čínské a další asijské společnosti. Zhruba v roce 2009 si Čína stanovila politický cíl vybudovat svůj lithium-iontový průmysl a průmysl EV a následující desetiletí strávila plněním tohoto plánu.
Ale také jsem identifikoval neočekávané otevření trhu pro nečínské výrobce automobilů a baterií: Čína svým eskalujícím zásahem proti domácím technologickým startupům vytvořila moment komparativního tržního toku. Západní společnosti by mohly toto narušení překonat a zachytit důležité záplaty v bateriovém průmyslu – a to zahrnuje vývoj baterií s dlouhou životností v čele s Dahnem.
Hledání baterií s dlouhou životností není nic nového. Na konci 1990. let se francouzský vědec zabývající se bateriemi jménem Michel Broussely účastnil konferencí o bateriích a členů komunity králů se svými průkopnickými příběhy o testování baterií s dlouhou životností pro francouzskou společnost Saft na výrobu baterií. Ve velmi čteném článku z roku 2001 Broussely ukázal, že lithium-iontová baterie v jeho laboratoři vydržela více než 13 let, když byla testována při pokojové teplotě.
V dokumentu z roku 2011 popsal Karim Zaghib, bývalý technologický ředitel Hydro-Québec, velké kanadské energetické společnosti a další průkopník baterií s dlouhou životností, baterii kombinující levný lithium-železo-fosfát a lithium-titanát-oxidovou anodu, která lze dobít 30,000 XNUMXkrát. To by odpovídalo nějakým čtyřem stoletím jízdy.
Ale ani jedna z těchto baterií nepřekročila hypotetický rozměr, pokud jde o to, že by se kdy dostal do skutečného elektromobilu. V rozhovoru minulý týden například Zaghib řekl, že použití baterie, kterou popsal ve svém článku, by bylo docela omezené – například pro autobusy, které jezdí extrémně krátké trasy o délce 12 mil nebo tak, než potřebují rychlé dobití.
Byl to Dahnův dokument z roku 2019, který vyšel poté, co odvětví baterií od těch prvních dnů dosáhlo značného pokroku, který popsal něco se skutečnou komerční praktičností. V akademické přednášce, kterou přednesl v červnu tohoto roku, Dahn vysvětlil svou fixaci na baterie s dlouhou životností jako naději na „záchranu planety“. Výrobci baterií pro elektromobily se běžně pokoušejí vyvinout baterii, kterou lze dobít asi 1,000 300,000krát a vydrží zhruba XNUMX XNUMX mil, což je dvojnásobek životnosti typického osobního vozidla. Poté lze baterii recyklovat.
Tesla patent
Dahn chce vytvořit baterie, které nikdy nejdou do koše. Kromě jiných účelů druhé životnosti by se přesunuly do jiného vozidla, sloužily jako záložní napájení v továrnách a domácnostech nebo fungovaly ve službách typu vehicle-to-grid, které ukládají a poskytují energii během období špičkové poptávky po elektrických zařízeních. Takový přístup by mohl výrazně omezit těžbu bateriových kovů a nerostů, protože by zůstala v provozu celá baterie a ne jen několik recyklovaných kovů. „Nevěřím, že [baterie s 1,000 XNUMX cykly jsou] v nejlepším zájmu planety,“ řekl Dahn online publiku.
Aby se tam dostal, Dahn popsal spárování „velmi dobré“ umělé grafitové anody s pracnou nikl-mangan-kobaltovou baterií nazvanou NMC532. Hodně se zaměřil na přísady do elektrolytu, kapalinu oddělující dvě elektrody, která by používala chemikálie, jako je methylacetát, aby se baterie rychle nabila, aniž by ji poškodila. Popsal také použití velkých monokrystalů pro katodu spíše než obvyklých menších polykrystalických částic – jednotlivé krystaly, řekl, jsou mnohem méně náchylné k mikropraskání, metle dlouhověkosti. Mikropraskání je důsledkem bobtnání a smršťování elektrod, když se ionty lithia pohybují dovnitř a ven z nich. Monokrystaly jsou však poměrně robustní a odolávají tomuto lámání.
Dahn’s Dalhousie lab uvádí, že nyní provedla 13,000 3.2 cyklování svého experimentálního bateriového článku, což by umožnilo vozidlu ujet 3.7 milionu až 93 milionu mil, v závislosti na počtu najetých mil za rok, při zachování úžasných 20 % své původní kapacity. . Ale to pouze v případě, že baterie zůstane v pokojové teplotě kolem 68 stupňů Celsia (40 Fahrenheit). Při trestuhodnějších, ale realističtějších teplotách 104 stupňů Celsia (6,500 Fahrenheit) Dahnovy články fungovaly méně dobře, ale stále robustně: vydržely 80 XNUMX cyklů a zachovaly si více než XNUMX % své původní kapacity.
Před dvěma lety si Tesla patentovala Dahnovu baterii s milionem kilometrů a generální ředitel Elon Musk řekl, že nasadí baterii s dlouhou životností v roce 2020. Ten rok přišel a odešel, aniž by Musk tyto plány realizoval. Například během Tesla Battery Day loni v září neřešil milion mil baterie.
Ve skutečnosti je mnohem méně překvapivé, že CATL a BYD debutovaly s bateriemi na milion mil, protože používají LFP, která má obvykle mnohem delší životnost než NMC. Čísla, která obě společnosti uvádějí, jsou přesto působivá: BYD inzeruje více než 300 mil na jedno nabití a 750,000 4 mil životnosti u svého modelu Dolphin, který obsahuje baterii Blade, o které jsem psal dříve. Ve čtvrtečním tweetu významný čínský blogger Moneyball @DKurac oznámil, že BYD začne dodávat Blade Tesle ve druhém čtvrtletí příštího roku. Tesla již používá baterie LFP vyrobené společností CATL, která tvrdí, že má ve výrobě XNUMX miliony mil.
Zjistil jsem, že lidé v americkém a evropském bateriovém a automobilovém průmyslu mají tendenci nedůvěřovat čínským ukazatelům výkonu baterií, a tak je to i se zmíněnými miliony mil baterií. Berdičevskij, generální ředitel Sila Nano, například zpochybnil, zda byla čínská technologie vystavena přísným podmínkám v reálném životě, jako je silný chlad a horko.
Jasné je, že je jen otázkou času, než se silnice v Číně, USA a Evropě zaplní modely BYD, Tesla a GM s miliony kilometrů. Od nynějška se tato budoucnost blíží pod radarem: GM, obvykle zpomalený, když měl navrch v elektrickém věku, zejména nepropagoval, že jeho baterie Ultium vydrží milion mil, a většina amerických a evropských automobilky a výrobci baterií veřejně neuznali baterie Ultium, CATL a BYD. Tento postoj by je mohl v průběhu desetiletí znovu pronásledovat, pokud, jak je pravděpodobné, budou inzerovaná čísla v podstatě přesná, baterie s dlouhou životností získají přízeň veřejnosti a opozdilci to budou muset rychle dohnat.
Většina amerických a evropských výrobců automobilů postupuje s hořkou bázlivostí, pokud jde o uchopení velící výšky baterií, v tomto případě to vypadá, že komercializaci na miliony mil přenechává převážně asijským společnostem a několika západním rivalům. Zdá se, že americké automobilky a společnosti vyrábějící baterie závisejí více na agresivní federální politice, jako je vládní financování nabíjecích stanic pro elektromobily, továrny na baterie a spotřebitelské slevy, které minulý týden navrhl prezident Joe Biden, než na svých vlastních technologických vychytávkách. To je důvod, proč peníze na inteligentní elektromobily a baterie sází na Čínu a jen jednu nebo hrstku nečínských výrobců automobilů.
O The Electric
Exkluzivní prémiová služba pokrývající vznikající baterie a otáčky elektromobilů.
O Steve LeVine
Steve LeVine je redaktorem The Electric. Předtím pracoval ve společnostech Axios, Quartz a Medium a předtím v The Wall Street Journal a The New York Times. Je autorem knihy The Powerhouse: America, China and the Great Battery War a je na Twitteru @stevelevine
Steve LeVine je redaktorem The Electric. Předtím pracoval ve společnostech Axios, Quartz a Medium a předtím v The Wall Street Journal a The New York Times. Je autorem knihy The Powerhouse: America, China and the Great Battery War a je na Twitteru @stevelevine
