lithium-ion rechargeable (Li-ion) Les piles ont été développées pour la première fois comme produit commercial de Sony En 1991, pour résoudre un problème spécifique avec la vidéo caméras. La caméra vidéo typique de l'époque avait évolué d'une bête professionnelle qui s'assit sur le Vidéographe épaule à quelque chose que pourrait Cadrez-vous dans la paume de la main, mais les batteries de nickel cadmium disponibles étaient si grandes que les dispositifs avaient une inightly et Hard-to-Hold Bullge grâce à la batterie volumineuse Pack.

Sony besoin d'une batterie qui maintenait assez d'énergie pour exécuter la caméra mais était assez petite pour correspondre à la caméra La vie de la batterie n'était pas Tout cela important, comme peu de caméras vidéo de la journée ont été utilisées pour plus de que 100 heures par année et ils ont été rechargés en moyenne moins que dix fois pendant que période.

Donc Sony tourné vers la seule chimie de la batterie offrant la densité d'énergie requise et la forme facteur: lithium ion. La toute première batterie au lithium-ion a été créée dans un Exxon Laboratoire de DR. Stanley Whittingham et son équipe. dr. John Goodenough, un électrochimiste À l'Université du Texas, a raffiné les intrants chimiques pour jeter les bases de la cathode de cobalt au lithium moderne (qui est toujours utilisée dans presque toutes les batteries électroniques et électriques de consommation aujourd'hui). Puis Sony créé la première batterie de lithium manufacturée de masse pour résoudre sa caméra vidéo Problème.

Peu de temps après, les batteries au lithium ion ont commencé à faire ce que ils serait faire dans plusieurs autres secteurs depuis alors: Remplacez le titulaire Chimie. Au milieu des années 1990, presque toutes les caméras avec des piles rechargeables utilisaient lithium ion. Ils puis a repris le marché de la batterie de l'ordinateur portable et - Peu de temps après ça - le téléphone portable naissant Marché. Le même tour serait être répété dans les tablettes, les outils électriques et l'informatique de poche Dispositifs.

Aujourd'hui, Li-ion Les piles sont sur le point de leur plus grande perturbation du marché Pourtant: l'énergie secteur. Nous entrent dans un âge où Li-ion Les piles deviendront une partie intégrante du réseau électrique électrique et de l'industrie de l'automobile Ceci se passe déjà dans des applications de niche et passera bientôt sur le marché de la masse comme bien. Quand ça fait, le li-ion L'industrie se transformera d'un joueur relativement mineur, concentré dans l'électronique grand public, pour devenir un fondement de l'économie mondiale.

Ceci Le point d'inflexion est basé sur les fabricants atteignant des objectifs critiques sur trois différents mais entrelacés Spécifications: la durabilité, la sécurité et, surtout, coût. Traditionnellement, un fabricant de batterie pourrait modifier les ingrédients ou le processus de fabrication afin d'améliorer l'un des celles Spécifications - Mais maintenant, l'industrie a atteint un niveau de sophistication Où les trois améliorent simultanément.

L'exigence de durabilité est différente de ce qu'elle a été quand Sony fait les premières batteries pour la vidéo Caméras. afin de pénétrerLes secteurs de l'électricité et des transports, une batterie doivent perdre 20% ou moins de sa capacité après 10 ans d'utilisation constante Les cathodes classiques au lithium cobalt dans l'industrie électronique de la consommation n'étaient pas capable de faire ça. Et Ils n'a pas besoin d'être quand Ils étaient mis dans des téléphones et des ordinateurs qui n'étaient pas devrait durer plus que trois ans années. Les voitures et les sous-stations électriques nécessitent toutefois un temps opérationnel beaucoup plus long cadres. C'est Pourquoi de nouvelles variantes de la cathode au lithium cobalt, telles que Nickel Cobalt Aluminium (NCA) et le cobalt de nickel manganèse (NMC), sont utilisés dans des systèmes de réseau électrique et des véhicules électriques, tels que le modèle TESLA S. tandis que ces Les piles contiennent encore Cobalt (généralement l'entrée chimique la plus chère dans une batterie), ils promets une vie beaucoup plus longue (le nombre d'années une batterie durera quelle que soit l'utilisation de l'utilisation et cycle de vie (le Nombre de personnes Charge / Décharge Cycles Une batterie peut supporter avant d'avoir une incidence importante Dégradation). Autres nouveaux chimistes cathodiques, tels que Spinelle au Lithium Manganèse (LMO) et le phosphate de fer au lithium (LFP), sont beaucoup plus longtemps que leur Consumer Electronic Prédécesseurs.

La question de la sécurité est également cruciale pour que les batteries deviennent plus largement utilisées pour l'énergie Applications. Toute forme de stockage d'énergie, si une batterie inflammable ou une essence combustible, a une sécurité inhérente Risque. Les batteries doivent atteindre des niveaux particulièrement élevés d'atténuation des risques avant que les consommateurs de masse soient à l'aise avec eux. Les propriétaires de téléphone portable sont à l'aise avec les risques de sécurité d'une batterie de téléphone portable au lithium ion (qui, en vérité, sont minimal) parce que Un échec catastrophique partira, au pire, une brillance méchante Mark. Le volume pure de piles requis dans EVS (le Tesla Roadster, par exemple, a plus de 0.000 cellules individuelles dans IT) et les grilles de puissance, cependant, signifie que les conséquences dans le cas d'une défaillance catastrophique serait être beaucoup graver. Même relativement inoffensif "fumée conditions, "telles que le court-circuit de piles sur le Boeing 787 Dreamliner Les prototypes peuvent être des cauchemars de relations publiques qui peuvent coûter une entreprise de milliards de dollars dans des ventes perdues. Ainsi, l'ingénierie de la sécurité est crucial. Et Heureusement, la nouvelle génération de chimies est à ce jour tâche: Si vous battez un clou dans un LFP Batterie, par exemple, la seule conséquence négative que vous obtenez est une batterie morte.

Le plus gros facteur limitant des batteries au lithium-ion depuis quelques années a été Prix. En 2009, naviguer Recherche estimée à ce nouveau LFP ou LMO Les piles, achetées en volume, coûtent probablement environ 1 200 $ par kilowatt-heure (kWh). Aujourd'hui, ce prix est tombé à environ 500 $ Per kWh. Ceci est dû à trois interrelés phénomènes: Échelle de fabrication, efficacité de fabrication et chaîne d'approvisionnement Maturité.

L'augmentation soudaine de l'échelle de la fabrication pour de nouvelle génération Li-ion Les batteries ont été grandement aidées par la crise économique de 2007 à 2010. Les programmes de financement du gouvernement en Chine, en Corée du Sud, au Japon et aux États-Unis ont fourni des subventions énormes pour construire de nouvelles centrales de batterie dans Ceux pays. tout dit, il y en a maintenant plus que 50 Gigawatt-Heures de la capacité de fabrication de la batterie dans le monde entier, plus de que trois fois le 2007 niveau.

Usines, par elles-mêmes, ne pas construire n'importe quoi. Pour eux Pour fonctionner efficacement, les travailleurs et les gestionnaires de lignes doivent pouvoir apprendre à fabriquer des articles de haute qualité rapidement et proprement, afin de gagner de l'argent à la fabrication de choses. Que Le processus d'apprentissage s'est déroulé pour plus de que Deux décennies dans le secteur de la batterie de l'électronique grand public et un processus itératif de gains d'efficacité manufacturière a conduit à des prix extrêmement bon marché pour celles-ci piles. Il y a cinq ans, une batterie d'ordinateur portable coûte plus cher que 1 000 $ par kWh quand commandé dans en vrac. Aujourd'hui, ce prix est plus proche de 250 $ Per kWh.

Les mêmes améliorations d'efficacité ont eu lieu depuis 3 ans dans les usines produisant les nouvelles versions de Li-ion piles. À mesure que les rendements de fabrication augmentent et diminuent les diminutions, Celles-ci Les piles deviendront même moins chères à faire.

La troisième étape du tabouret de réduction des coûts pour avancé Li-ion Les batteries sont le développement d'une alimentation mature chaîne. Les différents solvants, précurseurs chimiques (tels que le carbonate de lithium) et autres composants (métal Enceintes, séparateurs en plastique, fils de cuivre, plaques d'anode d'aluminium, etc.) étaient spécialités traitement par lots Commandes Cinq ans il y a. Aujourd'hui, ils deviennent des marchandises en vrac qui sont fabriquées plus à moindre coût dans des procédés continue. De plus, les canaux de transport qui obtiennent ces Les fournitures aux usines de batterie sont bien déterminées et logistiquement simple. Comme cette maturation de la chaîne d'approvisionnement se poursuit, les batteries deviendront même moins cher.

Donc Comment Peu coûteux peut ces Batteries Obtenir? Selon le Navigant rapport de recherche, Technologies de la batterie émergentes, grand format Li-ion Les piles, fabriquées à partir de la nouvelle génération de chimistes, diminueront d'environ 500 $ Per kWh aujourd'hui à environ 300 $ Per kWh en 2015. À ce moment-là, la courbe de prix devrait Suivez le chemin bien usé de l'électronique consommateur Li-ion tarification de la batterie décliner. Au moment où les deux industries ont une taille égale, les plus récents chimistes seront encore moins coûteux, parce que de leur formats plus grands (une batterie plus grande signifie moins de matériau inactif pour un stockage d'énergie donné Capacité) et le manque de cobalt comme une entrée matérielle dans la plupart des Li-ion Chemissements. Cobalt n'est pas seulement beaucoup plus cher que Toute autre entrée chimique, mais elle vient souvent de conflit-cicatrice régions de Afrique. L'élimination du besoin de cobalt augmentera considérablement la batterie Prix.

d'ici 2020, Navigant La recherche s'attend à ce que les prix des batteries soient inférieurs à 200 $ Per kWh. À ce moment-là, EVS ne portera qu'une petite prime sur leur Contreparts d'essence, et à base de batterie Le stockage d'énergie sera presque aussi bon marché que la génération de gaz naturel dans un Peaker plante. Quand ceux Les jalons sont atteints, le marché de la batterie vaudra la peine d'être plus que 75 $ milliards de chiffres annuels (en tant que opposé à environ $ 12 milliards de dollars aujourd'hui).

Mais le point d'inflexion de la croissance dramatique arrivera beaucoup plus tôt que 2020. En fait, c'est déjà arrivé aujourd'hui. Les batteries peuvent fournir des services auxiliaires au réseau électrique aujourd'hui de manière à pouvoir faire fonctionner une entreprise d'exploitation de banques de batterie à grande échelle pouvant être rentable. Le plus gros monte-gamme L'application aujourd'hui est la réglementation de la fréquence, un service auxiliaire pour les marchés de puissance qui utilise micro-impulsions d'énergie pour maintenir la fréquence appropriée du courant sur la grille Selon le Navigant rapport de recherche, Systèmes de stockage d'énergie pour les services auxiliaires, plus que 100 MW des batteries seront installées aux États-Unis dans le 2013 pour la réglementation de fréquence, qui sera plus que Double la base installée des piles de grille dans ce pays pays.

Dans le secteur des transports, pendant ce temps, le modèle de Tesla S (qui est alimenté exclusivement par Li-ion piles) déteste déjà ses rivaux de luxe plus traditionnels, tels que le Audi A8 et Mercedes e classe. Si Tesla atteint son objectif de 50 000 ventes annuelles du modèle S en 2015, ce modèle seul expliquera plus de capacité de batterie que Toutes les piles de nouveaux ordinateurs portables, tablettes et téléphones portables vendus cette année Combiné.