Wiederaufladbares Lithium-Ion (Li-Ion) Batterien wurden erstmals als Handelsprodukt von Sony entwickelt 1991, um ein bestimmtes Problem mit dem Unternehmen zu lösen Video Kameras. Die typische Videokamera der Zeit hatte sich aus einem professionellen Biest entwickelt, das auf den Videografen Schulter an etwas das könnte in die Handfläche passen, aber die verfügbaren Nickel-Cadmium-Batterien waren so groß, dass die Geräte unansehnlich und schwerwiegender Wölbung dank der sperrigen Batterie Packung.

Sony Benötigte eine Batterie, die ausreichend Energie ausreichte, um die Kamera auszuführen, aber klein genug war, um die Kamera anzugehen. Akkulaufzeit War nicht all das wichtig, da nur wenige Videokameras des Tages für mehr verwendet wurden als 100 Stunden pro Jahr und sie wurden im Durchschnitt wieder aufgeladen, weniger als Zehnmal während das Zeitraum.

Also Sony wandte sich an die einzige Batteriechemie, die die erforderliche Energiedichte und Form Faktor anbot hat: Lithium Ion. Der allererste Lithium-Ionen-Akku wurde in einem exxon erstellt Labor von Dr. Stanley Whittingham und Seine Team. DR. John Gonough, ein Elektrochemist An der Universität Texas rappelte die chemischen Eingänge, um die Grundlage für die moderne Lithium-Kobalt-Kathode zu legen dann Sony Erstellt die erste Masse hergestellte Lithium-Ionen-Batterie, um seine Videokamera zu lösen.

Bald danach begannen Lithium-Ionen-Batterien zu tun, was sie würde in mehreren anderen Sektoren tun Seit Dann: ersetzen Sie den etablierten Chemie. Mitte der 1990er Jahre verwendeten fast alle Kameras mit wiederaufladbaren Batterien Lithium-Ion. Sie Dann übernommen den Laptop-Batteriemarkt und - Kurz danach - das kennende Mobiltelefon Markt. Der gleiche Trick würde Wiederholung in Tablet-Computern, Power-Tools und Handheld-Computing-Geräten.

Heute, Li-Ion Batterien sind kurz davor größte Marktunterbrechung Noch: die Energie Sektor. WE betreten ein Alter wo Li-ion Batterien werden zu einem wesentlichen Bestandteil des elektrischen Stromnetzes und der Automobilindustrie. Dieses ist bereits in Nischenanwendungen geschieht und wird bald auf den Massenmarkt als gut wechseln. Wann es tut, das li-ion Die Industrie verwandelt sich von einem relativ kleinen Spieler, der sich in der Unterhaltungselektronik konzentriert, um eine Grundlage der globalen Wirtschaft zu werden.

Dieses Der Wendepunkt basiert auf Herstellern, die kritische Ziele in drei verschiedenen, aber verwobenen Technischen Daten erreichen: Haltbarkeit, Sicherheit und vor allem Kosten. Traditionell könnte ein Batteriehersteller Ändern Sie die Zutaten oder den Herstellungsprozess, um eine der Technische Daten - Aber jetzt hat die Branche ein Niveau der Raffinesse erreicht, wo Alle drei verbessern sich gleichzeitig.

Die Haltbarkeitsanforderung unterscheidet sich von dem, was es war Sony machte die ersten Batterien für Video-Kameras. Um zu durchdringenDie Strom- und Transportbranche, eine Batterie, muss nach 10 Jahren konstant 20 Prozent oder weniger von seiner Kapazität verlieren. Die herkömmlichen Lithiumkobaltkathoden in der Industrie der Unterhaltungselektronik waren nicht in der Lage, das. Und Sie nicht müssen wann Sie wurden in Telefone und Computer gebracht, die nicht voraussichtlich mehr als drei Jahre. Autos und elektrische Unterstationen erfordern jedoch viel längere Betriebszeiten. Das ist Warum neue Varianten der Lithiumkobaltkathode, wie Nickel-Kobalt Aluminium (NCA) und Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) werden in Stromnetzsystemen und in Elektrofahrzeugen wie dem Tesla-Modell S. während diese Batterien enthalten noch Kobalt (in der Regel der teuerste chemische Eingang in eine Batterie), Sie Versprechen Sie eine viel längere Lebensdauer (die Anzahl der Jahre Eine Batterie wird unabhängig vom Verbrauchsmuster anhalten) und Zyklusleben (die Anzahl der Gebühr / Entlassung Zyklen Eine Batterie kann ertragen, bevor er einen signifikanten Abbiegungsabbau hat). Andere neue Kathodenchemikalien wie Lithium-Mangan-Spinell (LMO) und Lithium-Eisenphosphat (LFP), sind viel längerlebig als ihr Consumer Electronic Vorgänger.

Die Frage der Sicherheit ist auch ein entscheidender, für den Batterien, um häufiger für Energieverbraucher zu verwenden. Jede Form von Energiespeicher, Ob Eine brennbare Batterie oder ein brennbares Benzin hat eine inhärente Sicherheit Risiko. Die Batterien müssen besonders ein hohes Maß an Risikominderung erreichen, bevor die Massenverbraucher mit sie angenehm sind. Mobiltelefonbesitzer sind mit den Sicherheitsrisiken einer Lithium-Ionen-Mobiltelefonbatterie komfortabel (die in Wahrheit ist, in Minimal) Weil Ein katastrophaler Misserfolg wird im schlimmsten Fall ein bösartiger Burn-Marke verlassen. Das schiere Volumen der Batterien, die in EVS erforderlich sind (zum Beispiel Tesla Roadster, hat mehr mehr 8.000 einzelne Zellen in it) und zwar Stromnetze, bedeutet jedoch, dass die Konsequenzen im Falle eines katastrophalen Versagens sei viel graver. Sogar relativ harmlos "Rauch Bedingungen, "wie der Kurzschluss der Batterien auf der Boeing 787 Dreamliner Prototypen, können Nightmares der Öffentlichkeitsarbeit sein, die ein Unternehmen Milliarden von Dollar in verlorenen Verkäufen kosten können. So ist Sicherheitstechnik entscheidend. Und Glücklicherweise ist die neuere Generation von Chemikalien der Task: Wenn Sie einen Nagel in ein LFP schlagen Batterie zum Beispiel die einzige negative Folge, die Sie bekommen, ist eine tote Batterie.

Der größte Grenzfaktor für Lithium-Ionen-Batterien für die letzten Jahre ist der Preis. 2009 Navigant Forschung geschätzt, dass neu LFP oder lmo Batterien, die im Volumen gekauft werden, kosten wahrscheinlich etwa 1.200 US-Dollar pro Kilowatt-Stunde (kWh). Heute ist der Preis auf 500 $ pro kwh. Dieses ist auf drei miteinander verbundene Phänomene zurückzuführen: Fertigungsskala, Fertigungseffizienz und Lieferkette Reife.

Der plötzliche Anstieg der Fertigungsskala der Herstellung für Next-Generation Li-ion Batterien wurden von der Wirtschaftskrise von 2007 erheblich unterstützt zu 2010. Regierungspflichtenprogramme in China, Südkorea, Japan und den Vereinigten Staaten lieferten enorme Subventionen, um neue Batterieanlagen in Länder. Alles gesagt, jetzt gibt es jetzt mehr als 50 Gigawattstunden der Batteriefertigungskapazität auf der ganzen Welt, mehr als dreimal das 2007 Ebene.

Fabriken, von selbst, nicht bauen alles. Für sie Um effektiv zu funktionieren, müssen Line-Arbeiter und -manager lernen, hochwertige Artikel schnell und sauber herzustellen, um Geld bei der Herstellung von Sachen zu verdienen. Das Lernprozess läuft für mehr als Zwei Jahrzehnte im Batteriegeschäft des Unterhaltungselektroniks, und ein iterativer Prozess der Fertigungseffizienzgewinne hat zu extrem günstigen Preisen für Batterien. Vor fünf Jahren kostet ein Laptop-Akku mehr als $ 1.000 pro kWh Wann in Bulk bestellt. Dieser Preis ist heute näher an 250 $ pro kwh.

Die gleichen Effizienzverbesserungen sind in den letzten 3 Jahren in Fabriken geschieht, die die neueren Versionen von Li-Ion Batterien. Als Fertigungsrenditen nehmen Zunahme und Abfälle ab, diese Batterien werden sogar billiger nach machen.

Das dritte Bein des Kostensenkungshockers für Fortgeschrittene Li-Ion Batterien ist die Entwicklung einer reifen Lieferkette. Die verschiedenen Lösungsmittel, chemische Vorläufer (solchen als Lithiumcarbonat) und andere Komponenten (Metallkohlenstoffe, Kunststoffabscheider, Kupferdrähte, Aluminiumanodenplatten, etc.) waren spezielle Chargenverarbeitung Bestellungen fünf Jahre vor. Heute, sie werden Bulk-Rohstoffe, die in fortlaufenden Prozessen billiger hergestellt werden. Darüber hinaus sind die Transportkanäle, die diese Lieferungen zu den Batteriefabriken sind gut bestimmt und logistisch einfach. Da diese Lieferkettenreifung fortsetzt, werden die Batterien sogar billiger.

Also Wie kostengünstige können diese Batterien bekommen? Nach dem Navigant Forschungsbericht, aufkommende Batterietechnologien, Großformat Li-ion Batterien, die aus der neueren Generation von Chemikalien hergestellt wurden, werden von rund 500 US-Dollar zurückgehen pro kWh Heute in um rund 300 $ pro kWh in 2015. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Preiskurve Folgen Sie dem abgenutzten Pfad der Unterhaltungselektronik Li-Ion Batteriepreise Rückgang. Zu der Zeit, in der die beiden Industrien gleich groß sind, werden die neueren Chemiistries sogar weniger kostspielig sein, da von ihr größere Formate (A größere Batterie bedeutet weniger inaktives Material für einen bestimmten Energiespeicher Kapazität) und der Mangel an Kobalt als Materialeingabe in den meisten neueren Li-Ion Chemistries. Kobalt ist nicht nur viel teurer als jeder andere chemische Eingang, aber es kommt auch oft aus Konflikt-Narben Regionen von Afrika. Die Beseitigung der Notwendigkeit von Kobalt senken den Akku dramatisch ab.

Bis 2020 Navigant Die Forschung erwartet, dass sich die Preise für Batterien unten befinden. pro kwh. Zu diesem Zeitpunkt werden EVS nur eine kleine Prämie übertreffen. Benziner Gegenstücke und Batteriebasiert Der Energiespeicher ist fast so kostengünstig als Erdgasgeneration in einem Peaker Anlage. Wann Diese Meilensteine ​​werden erreicht, der Batteriemarkt wird mehr wert als 75 $ Milliarde in jährlichen Einnahmen (AS Gegenüber von etwa 12 € Milliarde Heute).

Aber der Wendepunkt für das dramatische Wachstum wird früher als 2020. Tatsächlich, es ist bereits passiert heute. Batterien können heutzutage Heulendienste für das Stromnetz anbieten, so dass das Ausführen eines Geschäfts aus dem operativen Batteriebanken mit großem Material rentabel sein kann. Das größte Geldmachen Anwendung Heute ist die Frequenzregulierung, ein Zusatzdienst für die Strommärkte, die Mikropulse verwenden Energie, um die ordnungsgemäße Häufigkeit des Stroms auf dem Raster aufrechtzuerhalten. Nach dem Navigant Forschungsbericht, Energiespeichersysteme für Nebenleistungen, mehr als 100 MW Batterien werden in den Vereinigten Staaten in 2013 installiert für die Frequenzregulierung, die mehr ist als Verdoppeln Sie die installierte Basis von Gitterbatterien in diesem Land.

In der Branche des Transports, in der Mittlerweile das Tesla-Modell S (welche exklusiv von Li-Ion Batterien angetrieben wird) Es gibt bereits seine traditionelleren luxuriösen Rivalen wie der Audi A8 und Mercedes e Klasse. WENN Tesla erreicht sein Ziel von 50.000 jährlichen Verkäufen des Modells S im Jahr 2015, dass das Modell allein für mehr Batteriekapazitäten entfällt als Alle Batterien in neuen Laptops, Tablets und Cellphones verkauften dieses Jahr in Kombination.