Ion de lítio recarregável (Li-ion) As baterias foram desenvolvidas pela primeira vez como produto comercial por Sony Em 1991, para resolver um problema específico com o video câmeras. A câmara de vídeo típica do tempo evoluiu de uma besta profissional que sentou no ombro para algo isso poderia encaixar na palma da mão, mas as baterias de cádmio de níquel que estavam disponíveis eram tão grandes que os dispositivos tinham um sério e difícil de manter Bulgor graças à bateria volumosa Pack.

Sony Precisava de uma bateria que mantinha energia suficiente para executar a câmera, mas era pequena o suficiente para combinar com a câmera duração da bateria não foi Tudo o que importante, como poucas câmeras de vídeo do dia foram usadas para mais do que 100 horas por ano e eles foram recarregados, em média, menos do que dez vezes durante isso período.

Então Sony Transformou-se para a única química da bateria que ofereceu a densidade de energia necessária e formulário Factor: lítio íon. A primeira bateria de íon de lítio foi criada em um Exxon Laboratório pelo Dr. Stanley Whittingham e sua equipe. dr. John Goodenough, um eletroquimista Na Universidade do Texas, refinou os insumos químicos para colocar a fundação para o moderno cátodo de cobalto de lítio (que é ainda usado em quase todas as baterias de ferramentas eletrônicas e elétricas do consumidor hoje). Então Sony Criado a primeira bateria de íon de lítio fabricada em massa para resolver sua câmera de vídeo problema.

Logo depois disso, as baterias de íon de lítio começaram a fazer o que ela iria fazer em vários outros setores desde Então: Substitua o incumbente Química. Em meados da década de 1990, quase todas as câmeras com baterias recarregáveis ​​estavam usando íon de lítio. Eles Então assumiu o mercado da bateria do laptop e - Pouco depois disso - o celular nascendente Mercado. O mesmo truque seria Seja repetido em computadores tablet, ferramentas elétricas e computação portátil dispositivos.

Hoje, Li-ion As baterias estão à beira de sua Maior interrupção do mercado Ainda: o setor de energia. Nós estão entrando em uma idade Onde Li-ion As baterias se tornarão parte integrante da rede elétrica e da indústria automobilística. Isso já está acontecendo em aplicativos de nicho e logo se mudará para o mercado de massa como bem. Quando faz, o li-ion A indústria se transformará de um jogador relativamente menor, concentrada em eletrônicos de consumo, para se tornar uma base da economia global

Isso O ponto de inflexão é baseado em fabricantes que atingem metas críticas em três especificações diferentes, mas entrelaçadas: durabilidade, segurança e, mais importante, custo. Tradicionalmente, um fabricante de bateria poderia alterar os ingredientes ou o processo de fabricação, a fim de melhorar um dos aqueles Especificações - Mas agora a indústria atingiu um nível de sofisticação onde Todos os três estão melhorando simultaneamente.

O requisito de durabilidade é diferente do que foi quando Sony fez as primeiras baterias para vídeo câmeras. Para penetrarOs setores de eletricidade e transporte, uma bateria tem que perder 20% ou menos de sua capacidade após 10 anos de constante Uso. Os cádios convencionais de cobalto de lítio na indústria de eletrônicos de consumo não foram capaz de fazer isso. E Eles não foi precisa ser quando Eles estavam sendo colocados em telefones e computadores que não foram esperado para durar mais do que três anos. Carros e subestações elétricas, no entanto, requerem muito mais tempo operacional quadros. Isso é Por que novas variantes do cátodo de cobalto do lítio, como o níquel Cobalt Aluminum (NCA) e nickel manganês cobalto (NMC), estão sendo usados ​​em sistemas de rede elétrica e em veículos elétricos, como o modelo Tesla S. enquanto estiver estes As baterias ainda contêm cobalto (geralmente a entrada química mais cara em uma bateria), eles Prometa uma vida muito mais longa (o número de anos uma bateria durará, independentemente do padrão de uso e a vida do ciclo (o número de despesas Charge Ciclos A bateria pode suportar antes de ter degradação significativa). Outras novas químicas catódicas, como o lítio manganês spinel (LMO) e fosfato de ferro de lítio (LFP), são muito mais vivido do que sua consumidor eletrônico predecessores.

A questão da segurança também é crucial para as baterias se tornarem mais amplamente utilizadas para energia Aplicações. Qualquer forma de armazenamento de energia, consigo Uma bateria inflamável ou gasolina combustível, tem uma segurança inerente risco. As baterias devem atingir níveis especialmente altos de mitigação de risco antes que os consumidores em massa estejam confortáveis ​​com eles. Os proprietários de celulares são confortáveis ​​com os riscos de segurança de uma bateria de celular de íon de lítio (que, na verdade, são mínimos) Porque Uma falha catastrófica sairá, na pior das hipóteses, uma queimadura desagradável Mark. O grande volume de baterias exigido em EVS (O Roadster Tesla, por exemplo, tem mais 8.000 células individuais em IT) e grades de energia, porém, significa que as conseqüências no caso de falha catastrófica ser muito Graver. Mesmo relativamente inofensivo "fumaça condições, "como o curto-circuito de baterias no Boeing 787 Dreamliner Protótipos, podem ser pesadelos de relações públicas que podem custar a uma empresa bilhões de dólares em perdidos Vendas. Assim, a engenharia de segurança é crucial. E Felizmente, a nova geração de químicas depende dessa tarefa: Se você bater um prego em um lfp Bateria, por exemplo, a única conseqüência negativa que você obtém é uma bateria morta

O maior fator limitante das baterias de íons de lítio nos últimos anos foi Preço. Em 2009, navegante Pesquisa estimou que o novo LFP ou lmo Baterias, compradas em volume, provavelmente custam cerca de US $ 1.200 por quilowatt-hora (kWh). Hoje esse preço caiu para a volta US $ 500 por kwh. Isso é devido a três inter-relacionados fenômenos: Escala de fabricação, eficiência de fabricação e cadeia de suprimentos Maturidade.

O aumento repentino na escala de fabricação para próxima geração Li-ion As baterias foi muito assistida pela crise econômica de 2007 para 2010. Programas de financiamento do governo na China, Coréia do Sul, Japão e Estados Unidos forneceram subsídios enormes para construir novas usinas de bateria em Aqueles Países. Tudo dito, agora há mais do que 50 Gigawatt-horas de capacidade de fabricação de bateria em todo o mundo, mais do que três vezes o 2007 Nível.

Fábricas, por si mesmas, não construir qualquer coisa. Para . eles Para funcionar de forma eficaz, os trabalhadores e gerentes de linha devem ser capazes de aprender a fabricar itens de alta qualidade de forma rápida e limpa, a fim de ganhar dinheiro em fazer coisas. Que processo de aprendizagem tem acontecido por mais do que Duas décadas no negócio de baterias de eletrônicos de consumo, e um processo iterativo de ganhos de eficiência de fabricação levou a preços extremamente baratos para aqueles baterias. cinco anos atrás, uma bateria de laptop custa mais do que US $ 1.000 por kWh quando ordenado em volume. Hoje, esse preço está mais próximo de $ 250 por kwh.

As mesmas melhorias de eficiência estão acontecendo nos últimos 3 anos em fábricas que produzem as novas versões de Li-ion baterias. como manufatura de aumento e resíduos diminui, estes As baterias ficarão ainda mais baratas para fazer.

A terceira perna dos bancos de redução de custos para avançado Li-ion As baterias é o desenvolvimento de uma oferta madura cadeia. Os vários solventes, precursores químicos (tais como carbonato de lítio), e outros componentes (metal Caixas, separadores de plástico, fios de cobre, placas de ânodo de alumínio, etc.) eram especiais processados ​​em lote Pedidos cinco anos atrás. Hoje, eles estão se tornando commodities a granel que são fabricados mais baratos em processos contínuos. Além disso, os canais de transporte que recebem estes suprimentos para as fábricas da bateria são bem determinadas e logisticamente Simples. Como esta maturação da cadeia de suprimentos continua, as baterias ficarão até mais baratas.

Então, como barato pode estes Baterias Get? De acordo com o Navigant relatório de pesquisa, tecnologias de bateria emergentes, grande-formato Li-ion Baterias, feitas a partir da nova geração de químicas, diminuirão de cerca de US $ 500 por kWh hoje para por perto $ 300 por kWh em 2015. Nesse ponto, a curva de preço deveria Siga o caminho bem gasto da eletrônica do consumidor Li-ion Preços da bateria Declínio. No momento em que as duas indústrias são iguais em tamanho, as novas químicas serão ainda menos dispendiosas, porque de sua Formatos maiores (uma bateria maior significa menos material inativo para um determinado armazenamento de energia capacidade) e a falta de cobalto como uma entrada material na mais nova Li-ion Chemistries. Cobalto não é muito mais caro do que qualquer outra entrada química, mas também muitas vezes vem de Conflito-cicatrizado regiões de África. Eliminar a necessidade de cobalto diminuirá drasticamente a bateria Preço.

até 2020, navegação A pesquisa espera que os preços das baterias estejam abaixo $ 200 por kwh. Nesse ponto, os EVs levarão apenas um pequeno prêmio sua contrapartes de gasolina e Baseada em bateria O armazenamento de energia será quase tão barato quanto a geração de gás natural em um pico planta. Quando aqueles Marcos são alcançados, o mercado da bateria vai valer mais do que $ 75 bilhões em receita anual (como se opôs a sobre US $ 12 bilhões hoje).

Mas o ponto de inflexão para o crescimento dramático acontecerá muito mais cedo do que 2020. De fato, é já acontecendo hoje. As baterias podem fornecer serviços auxiliares para a rede de energia hoje de tal forma que a execução de um negócio de operação de bancos de bateria em larga escala possa ser rentável. O maior fazendo dinheiro Aplicação hoje é regulamentação de frequência, um serviço auxiliar para os mercados de poder que usa micro-pulsos de energia para manter a freqüência adequada da corrente na Grade. De acordo com o Navigant relatório de pesquisa, Sistemas de armazenamento de energia para serviços auxiliares, mais do que 100 MW de baterias será instalado nos Estados Unidos em 2013 para regulação de frequência, que será mais do que Duplique a base instalada de baterias de grade neste país.

No setor de transporte, enquanto isso, o modelo Tesla S (que está alimentado exclusivamente por li-ion Baterias) já supera seus rivais de luxo mais tradicionais, como a Audi A8 e Mercedes e aula. Se Tesla atinge seu objetivo de 50.000 vendas anuais do modelo S em 2015, esse modelo sozinho será responsável por mais capacidade de bateria do que Todas as baterias em novos laptops, comprimidos e celulares vendem naquele ano combinados.