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为什么说锂离子电池技术将在未来储能市场占据主导地位?
作者:转自中国储能网  发布时间:2019-04-19  

清洁能源的远见卓识者一直认为需要一种更好的电池,可以打消在电动汽车销售方面持怀疑态度的消费者顾虑,并让电网更好地利用可再生能源。然而,至少在未来十年里,未来的电池还将是基于原有技术。

而锂离子电池已经在电池市场上占据了压倒性的领先地位,竞争对手的技术可能难以赶上。随着计划中的新锂离子电池生产工厂在未来五年内上线运营,这种领先优势将会扩大。

中国、美国、泰国等国家新建的电池工厂大量生产的电池将会进一步压低价格,自2010年以来,锂离子电池价格已经暴跌了85%。而投资建设和运营电池生产工厂的数十亿美元将不断改进锂离子电池技术,而不是采用其他电池技术提供强大的动力。

许多初创企业现在专注于锂离子电池的技术升级。“我们认为锂离子电池的发展不会受到干扰。”Ionic Materials公司许可和战略高级主管Erik Terjesen表示。Terjesen公司总部位于马萨诸塞州,是几家致力于开发和完善固态电池技术的公司之一。

但Ionic Materials公司的设计并不是取代锂离子电池,而是进行改进。相反,该公司设计的聚合物电解质可以在现有锂电池内应用。这意味着电池生产工厂可以在不用增加新设备的情况下使用它。“考虑到锂离子的所有投资,我们不相信人们放弃这种电池技术,并重新开始开发。”Terjesen说。

全球第一款锂离子电池由埃克森美孚公司一名研究员于20世纪70年代发明,1991年由索尼公司实现商业化,至今已经应用了几十年。锂离子电池的工作原理是通过液体电解质输送带电荷的锂原子或离子,在正极和负极之间流动。并采用阴极钴、镍和锰中的不同材料增加储能容量。最初出现在消费者电子产品(如移动电话)中的产品现在可以应用在电动汽车中,并在电网中应用。

彭博新能源财经储能研究主管Logan Goldie-Scot说:“锂离子电池用途广泛,因此当其成本变得更低时,就会开辟更多的需求领域。”根据该公司的调查数据,锂离子电池组的价格在2010年平均为每千瓦时1160美元,2018年降至每千瓦时176美元,2024年可能降至100美元以下。锂离子电池价格持续下跌以及业绩改善可能会开辟新市场。

有些人并不相信锂离子电池可以做到这一切。一些汽车生产厂商希望开发一种突破性的技术,这种技术能够使远程电动汽车充电行驶500英里,这最终会说服有所疑虑的消费者,这样不会让电动汽车在路上耗尽电能。例如,丰田汽车公司在固态电池方面拥有的专利和专利申请比其他任何公司都要多,并且已经投资139亿美元开发其电池业务。

更多地储存可再生能源需要更好的电池技术。尽管像特斯拉公司和Dynegy公司等厂商已经开始将锂离子电池储能系统接入电网,但这些储能系统通常最多能只供电4个小时。美国前能源部长Ernest Moni在今年2月接受行业媒体采访时说,短期的储能系统不会有助于整合大量的可再生能源。Moniz说,“这些储能系统不能持续提供一天、一周、一个月、一个季度的电力,这是需要开发不同电池技术的原因。”他最近参与撰写了一份报告,呼吁在电池方面进行更多的研究投资。

从飞轮储能技术到液流电池技术,许多电池替代品都未能取得更大的成功,而锂离子电池的应用越来越多。加利福尼亚州的Primus Power公司开发的液流电池可以产生25kW的电力,持续供电5个小时。该公司首席执行官Tom Stepien表示,对当前设计的改进可以将供电时间提高到7到8小时。当需要更多电力时,液流电池可以通过采用更多的液体电解质实现。

Stepien比喻说,“可以说,锂电池是短跑运动员,而液流电池是马拉松运动员。”但Stepien承认难以说服潜在客户采用并不那么熟悉的电池技术。到目前为止,PrimusPower公司已经部署了30个液流电池储能系统,主要是在过去三年中部署的。Stepien说,“锂电池更容易部署应用,而且每个用户都会这么做。”

长时储能吸引了那些坚持认为锂离子电池有重大改进空间的企业家,而不仅仅是增量收益。

Sila纳米技术公司的联合创始人兼首席执行官Berdichevsky说,该公司开发的技术可以将锂离子电池的储能提高20%或更多。

“我认为锂离子电池可以主导储能市场间,但必须进入新的化学领域来做到这一点。”他说。

Sila公司开发的硅基粉末可以制成锂离子电池阳极。在原子水平上,硅可以比石墨中的碳容纳更多的锂,石墨是最常见的阳极材料,这意味着使用Sila产品的电池可以储存更多能量。迄今为止,该公司已投资了约1.25亿美元,并与宝马集团建立了合作伙伴关系,以开发该技术。

Berdichevsky表示,任何一个提供完全不同的电池架构的竞争对手都将很难进入市场,因为电池制造商新建了一些工厂,并且电池成本继续下降。根据据彭博新能源财经的调查,在电动汽车产量增加的推动下,全球锂离子电池生产能力在过去五年中几乎翻了三番。现在的容量为302.2GWh,另有603.8 GWh的电池工厂厂计划在未来五年内开通运营。

Berdichevsky说,“电池生产规模的效率和规模令人难以置信。这是一项很多的投资,我们可以开发和驾驭这些技术,我相信锂离子电池将会拥有更光明未来。”

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