Акумулаторната литиево-йонна батерия променя редица индустрии

Акумулаторните литиево-йонни батерии са се използвали за първи път във видеокамерите през 1991 г. Малко след това влизат в употреба и при производството на лаптопи, пише The Wall Street Journal. Десетилетие по-късно батериите помогнаха за възхода на технологични титани като Apple, захранвайки смартфони и други преносими устройства. По-късно те си пробиха път и при електрическите превозни средства. Основната технология остава почти същата: литиевите йони се движат през течност от катода към анода и обратно.

Това обаче бе само началото. След десетилетие на бързо намаляващи разходи, батерията достигна важен етап от развитието си. Вече не се разглежда само в контекста на потребителски продукти - тя е готова да промени драстично начина, по който светът използва енергията.

В енергийния сектор достъпните батерии позволяват на компаниите да съхраняват електричество и да използват енергия от възобновяеми източници. В автомобилната индустрия те са готови да променят вековната доминация на бензиновия двигател. Разходите са намалели толкова много и толкова бързо, че повечето производители на автомобили очакват през следващите пет години, разходите за производството на електрически превозни средства (които в момента са по-скъпи) и тези за производството на превозни средства, които работят с газ, да се изравнят.

В момента електрическите превозни средства са основният източник за търсене на акумулаторни батерии. Тъй като търсенето расте и разходите намаляват допълнително, батериите ще станат още по-разрушителни за различните отрасли. Батериите наскоро отбелязаха победоносна точка в General Motors Co., която заяви, че се надява до 2035 г. постепенно да премахне автомобилите с бензин и дизел от своите шоуруми в целия свят.

Бумът на батериите може да намали търсенето на суров петрол и производните му продукти като бензин, както и на природен газ, който се използва предимно в електроцентралите. Въпреки че производството на батерии не е лишено от емисии на парникови газове, анализаторите смятат, че преминаването към батерии в автомобилния и енергийния сектор би намалило емисиите като цяло, стимулирайки усилията за справяне с изменението на климата.

Само американските електроцентрали произвеждат около една четвърт от емисиите в страната, докато лекотоварните превозни средства допринасят с още 17%.

Повишаването на използването на акумулаторните батерии сега е въпрос на национална сигурност и индустриална политика. Контролът на минералите и производствените процеси, необходими за производството на литиево-йонни батерии, може да бъде сравнен с нуждата от петролна сигурност през XXI в.  

В момента най-големите производители на батерии са азиатските страни и компании. Почти 65% от литиево-йонните батерии идват от Китай. За сравнение, нито една държава не произвежда повече от 20% от световното производство на суров петрол.

Компаниите работят по нови конфигурации - като полупроводникови батерии, които не пренасят йони през течност - които биха могли значително да подобрят мощността и допълнително да намалят цените на батериите. Стойността на подобен пробив може да се измери в милиарди долари, ако не и в трилиони.

„Все още предстои огромно количество иновации“, казва Кристина Лампе-Оннеруд, главен изпълнителен директор на Cadenza Innovation - базирана в Кънектикът компания, обхващаша разработката на различни аспекти свързани с технологията на батериите. Според нея някой ден сградите може да имат свои собствени батерии, които им осигуряват резерви от електроенергия, която биха могли да използват за намаляване на разходите.

През 2008 г. за първи път в историята станахме свидетели на предлагано за продажба електрическо превозно средство, което работи с литиево-йонни батерии. Това бе моделът на Tesla Roadster. Едно от предимствата на Tesla дойде от това, че компанията рано осъзна, че може да използва лесно достъпни батерии предназначени за лаптопи при захранване на автомобилите си. Първоначално компанията закупи батерии, произведени в Азия, които бяха предназначени за лаптопи (които по онова време използваха между 6 и 12 батерии). Двуместният Roadster обаче се нуждаеше от близо 7000.

Сега повече от две трети от литиево-йонните батерии в света се използват за производсвтото на превозни средства, като се очаква цифрата да достигне три четвърти преди 2030 г., според Benchmark Mineral Intelligence.

Същите батерии се използват все повече и в електропреносната мрежа. През януари във Флорида започна изграждането на подобна мрежа, която ще използва 2,5 милиона литиево-йонни клетки. От Florida Power & Light, част от NextEra Energy Inc., заявиха, че тя ще може да захранва Disney World за период от седем часа.

За да отговори на очакваното търсене, световното производство на литий, сребристият метал, който е използван също за изработване на ядрени бомби и лечение на биполярно разстройство, почти се е утроява през последното десетилетие, според Benchmark.

Литият се добива предимно в Австралия и Чили, въпреки че усилията за увеличаване на добива в САЩ от мини в Невада и Северна Каролина привличат вниманието на инвеститорите.

През последните години цените падат по-бързо от очакваното поради търсенето от производителите на автомобили. Понастоящем производството на акумулаторни батерии и двигатели за електрически превозни средства струва с около 4 000 долара повече в сравнение с цената за производството на седанов двигател от среден клас, който използва изкопаеми горива. До 2022 г. разликата в цената ще бъде 1900 долара, като тенденцията е разликата в сумата напълно да се стопи до средата на десетилетието, според инвестиционната банка UBS Group AG.

В световен мащаб електрическите автомобили с батерии представляват около 4% от всички нови автомобили, продадени през миналата година на най-големите световни пазари - САЩ, Европа и Китай - спрямо около 1% през 2017 г., според данни на Deutsche Bank. През 2025 г. банката очаква този дял на пазара да бъде 22%.

В Тексас, който има конкурентен електроенергиен пазар, икономическите сили стимулират бум на батериите в мрежата. В края на 2020 г. инсталираните батерии имат капацитета да доставят 215 мегавата електроенергия. Операторът на мрежата очаква батерии на стойност около 2000 мегавата до края на 2023 г., което е около 4% или 5% от средното търсене на електроенергия за основната електрическа мрежа на държавата по това време на годината.

Калифорния и Ню Йорк издадоха заповед за комуналните услуги, която цели инсталирането на повече батерии, чрез което да се увеличи надеждността на мрежата и да се изглади нестабилността на цените, като се включи използването на повече възобновяема енергия.

Миналата година две калифорнийски фирми, които доставят електроенергия за близо 700 000 клиенти, разшириха съществуваща сделка, за да придобият продукцията на голям проект за слънчеви батерии и акумулатори на север от Бейкърсфийлд. Компаниите, Silicon Valley Clean Energy и Central Coast Community Energy, заявиха, че батериите ще им позволят да доставят възобновяема енергия без скокове на цените.

Днес цените на батериите са около 125 долара за киловатчас, след като голямото нарастване на производствения капацитет намали разходите, а промените в химическите харектеристики и дизайна доведоха до допълнителни икономии.

Очаква се разходите за батерии да спаднат още, каза Венкат Висванатхан, доцент по машиностроене в университета Карнеги Мелън. Той очаква те да достигнат до 80 долара на киловатчас до две или три години.

Миналата година САЩ създадоха консорциум от агенции за популяризиране на местната батерийна индустрия, като се позоваха на ролята, която индустрията играе в потребителската електроника и националната отбрана.

По време на изслушването си за потвърждение в Сената, за да стане министър на енергетиката миналия месец, Дженифър Гранхолм сигнализира за интереса си към вътрешното производство, като каза: „Можем да купим акумулатори за електрически автомобили от Азия или да ги произведем в Америка.“

Европейският съюз използва индустриалната политика, за да насърчи развитието на регионален сектор на батерии. Петер Алтмайер, германският министър на икономиката и енергетиката, наскоро заяви, че ЕС иска „затворена верига за създаване на акумулаторни батерии в Европа“ – от преработката на суровини до рециклиране на използвани батерии.

Нарастващото търсене на батерии може да предизвика облагане на доставките на жизненоважни минерали. А захранването на всички тези батерии за автомобили би увеличило търсенето на електричество, което би довело до затруднение в доставките.

Друго предизвикателство е, че въпреки че безопасността на батериите се е подобрила, литиево-йонните батерии лесно се запалват и експлодират. А историята вече познава няколко подобни случаи, в които бяха засегнати компании като GM, Hyundai Motor Co. и BMW AG.

Недостигът на зарядни станции също може да обезкуражи клиентите на електрически превозни средства. Според изчисленията на Сан Франциско до 2030 г. може да са му необходими над 5100 места за зареждане на подобни превозни средстава, в сравнение с 834 през 2019 г. Зареждането на тези батерии може да изисква и 7% повече електроенергия, отколкото градът консумира в момента, според анализ, цитиран от The Wall Street Journal.

И все пак автомобилните експерти вярват, че моделите, задвижвани с батерии - които са механично много по-прости от тези с бензинови двигатели,  в крайна сметка ще надделеят.

Двигателят с вътрешно горене е проектиран до почти съвършенство в продължение на един век, каза Санди Мънро, консултант по автопромишленост. За разлика от него, иновацията на електрическите превозни средства, едва е започнала, смята той.