Además de los vehículos eléctricos, ¿cómo cambiarán las baterías de litio el status quo de la energía?

Aproximadamente tres cuartas partes de una línea de producción con forma de serpiente a lo largo de la planta de Nissan Sunderland, un trabajador instala constantemente tanques de combustible en innumerables chasis de piratas informáticos ; la mayoría de los autos producidos en la planta son este SUV. Pero esta línea de producción pasará por otro automóvil de vez en cuando: un automóvil eléctrico llamado Leaf.

En este punto, la tarea del trabajador cambiará de instalar el tanque de combustible a instalar la batería. Sus movimientos funcionan perfectamente con el brazo robótico a su lado, cambiando sin problemas entre autos eléctricos y de combustible.

Hasta hace poco, mucha gente pensaba que este cambio era increíble. En el siglo pasado, los motores de combustión interna han sido la principal fuerza motriz de automóviles y barcos. Esto realmente le da una gran ventaja. Aunque el Leaf es conocido como el automóvil eléctrico más vendido del mundo, la planta de Sunderland, la fábrica de automóviles más grande del Reino Unido, produjo solo 175,000 Leaf el año pasado, en comparación con 310,000 en el mismo año. En marcado contraste, el hacker se encuentra en un estado rentable, mientras que Leaf pierde dinero.

El año pasado, las ventas mundiales de vehículos eléctricos fueron de 750.000 unidades, menos del 1% del mercado de automóviles nuevos. Carlos Ghosn, propietario de la Alianza Renault-Nissan, dijo en 2011 que solo las dos compañías duplicarán su producción de vehículos eléctricos para 2016. En retrospectiva, esta predicción es obviamente demasiado optimista, pero predicciones similares no son infrecuentes.

Sin embargo, aunque no se puede determinar el momento del despegue de los vehículos eléctricos, es un consenso común que esta tecnología pronto se convertirá en un gran negocio.

Los vehículos eléctricos civiles con una gama de gasolina casi completa (como el Model3 de Tesla y el Chevrolet Bolt de General Motors) se han incluido recientemente, y el Leaf revisado se lanzará en septiembre. El estado actual de la planta de Sunderland indica que los vehículos eléctricos y de combustible ya pueden compartir una sola línea de producción, lo que simplifica la popularidad de dichos vehículos al expandir la capacidad de producción.

salto de batería de litio

Muchas proyecciones sugieren que el costo de por vida de poseer y conducir un automóvil eléctrico se puede comparar con un automóvil de combustible en unos pocos años, lo que ha llevado a un aumento en las ventas de vehículos eléctricos en la década de 2020 y se convirtió en la corriente principal en la década de 2030. China contribuyó con aproximadamente la mitad de las ventas mundiales de vehículos eléctricos el año pasado. Se estima que 2 millones de híbridos eléctricos y enchufables estarán en la carretera en 2020, llegando a 7 millones en 10 años.

La consultora Bloomberg New Energy Finance señaló que las expectativas de las compañías petroleras para los vehículos eléctricos son mucho más altas de lo que eran hace unos años. La Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) ahora espera conducir 266 millones de vehículos eléctricos en las carreteras en 2040. Tanto el Reino Unido como Francia también dijeron que para entonces, los vehículos de combustible puro estarán prohibidos.

Esto se debe a la importante expansión del negocio de las baterías de litio y al consenso general de que la industria seguirá creciendo rápidamente en el futuro. La primera batería de litio se lanzó hace 26 años y se usó originalmente en la cámara CCD-TR1 de Sony. Ese producto es tan popular, y la batería que usa lo es aún más, y gradualmente se usa en computadoras, teléfonos móviles, dispositivos inalámbricos, cigarrillos electrónicos y otros productos.

Cuantos más productos electrónicos utilicen baterías, mayor será la demanda de baterías de litio. El año pasado, la producción de baterías de litio aportadas por los productos de consumo fue de unos 45 GWh. Para decirlo sin rodeos, si todas las baterías se utilizan para alimentar el Reino Unido (el consumo de energía promedio del país es de 34 GW), puede durar aproximadamente 1 hora y 20 minutos.

En el mismo año, la producción de baterías de litio para vehículos eléctricos alcanzó la mitad de la electrónica: 25 GWh. Pero SamJaffe, una consultora de baterías de CairnERA, espera que la demanda de baterías automotrices supere a la electrónica de consumo el próximo año, lo que lo convierte en un punto de inflexión para toda la industria. La expansión masiva ha comenzado.

Como los cinco principales fabricantes de baterías de litio del mundo, Panasonic de Japón, LG Chem y Samsung SDI de Corea del Sur, la era BYD y Ningde de China, están aumentando los gastos de capital y esperan que la producción alcance tres veces el nivel actual en 2020. La súper fábrica de $ 5 mil millones en Nevada y Panasonic ha podido lograr una producción anual de aproximadamente 4GWh. Tesla dijo que la compañía alcanzará 35 GWh de capacidad en 2018. Hace solo cuatro años, esta producción era suficiente para todas las baterías de litio del mundo.

Las súper fábricas no se construyen solo para autos eléctricos. Después de escuchar acerca de la regulación de potencia en Australia del Sur, fundador de Tesla, Elon Musk dijo el primer ministro del país 's en marzo que Tesla podría proporcionar suficiente capacidad de la batería para el final del año para asegurar que la matriz no adiós.

En la súper fábrica, actualmente están tratando de llenar 129MWh de capacidad para cumplir la promesa del jefe. Cuando se instale al otro lado del Pacífico, será el más grande de su tipo en el mundo. Pero habrá muchos sistemas similares que se implementarán en el futuro.

A medida que los operadores de la red buscan formas de suavizar los efectos del suministro intermitente de energía solar y eólica, los paquetes de baterías de litio a escala industrial se están volviendo más populares , especialmente al empalmar muchos paquetes de baterías utilizados en los automóviles. Ajuste sus componentes químicos y electrónicos para soportar tasas de carga y descarga más rápidas.

Los consumidores que desean ser independientes de la red puede comprar paquetes de baterías más pequeñas - o almacenar su propia electricidad para vender a la red de electricidad cuando los precios son más altos durante el día o la noche. Las baterías se han convertido en una parte integral de la verdadera visión de bajas emisiones en el futuro.

La capacidad de producción global se dispara

Los principios básicos de las baterías de litio son fáciles de entender. Cuando la batería se carga a un potencial, los iones de litio se introducen profundamente en el electrodo de grafito. Durante el uso, estos iones de litio regresan al electrodo más complejo, el cátodo, hecho de un compuesto de litio y otros metales a través del electrolito líquido.

Por otro lado, el modelo operativo básico del negocio de las baterías es muy opaco, principalmente porque los proveedores prestan demasiada atención al secretismo y la imprevisible situación económica de los gigantes asiáticos que son líderes del mercado.

La situación de los últimos años muestra que todos los grandes fabricantes están aumentando la capacidad de producción, en parte porque esto puede reducir los costos unitarios. Como componente básico de la batería, las baterías de litio cuestan más de $ 1,000 por kWh en 2010 y cayeron a entre $ 130 y $ 200 el año pasado. GM dijo que cuando la compañía compró un paquete de baterías de 60kWh para Bolt, el precio pagado a LG Chem fue de $ 145 por kWh (el costo del paquete de baterías era más alto que el costo de la batería debido a mano de obra, materiales y componentes electrónicos).

Tesla dijo que el precio de la batería del Model 3 es más barato. El bajo costo no es la única mejora. Una gran cantidad de inversión en I + D ha logrado una mayor densidad de energía (mayor capacidad por kilogramo) y una mayor durabilidad (mayores ciclos de carga y descarga). La garantía de la batería de Bolt tiene una duración de 8 años.

Pero de esta manera, los recortes de precios no solo pueden producir baterías más baratas y de mejor calidad, sino que también pueden conducir a un exceso de capacidad grave. CairnERA estimó el año pasado que la capacidad de la batería de litio es un tercio más alta que la demanda. Tanto la agencia como BNEF dijeron que por cada batería de automóvil producida, los fabricantes de baterías pierden dinero o solo pueden obtener una pequeña ganancia.

A pesar de la sobreoferta, todos planean continuar expandiéndose, en parte para reducir aún más los costos. Jeff explicó que este tipo de pensamiento pertenece al "modelo tradicional de gigante asiático": a cambio de márgenes de beneficio a cambio de cuota de mercado.

Esta parece ser una buena estrategia, ya que el futuro de los vehículos eléctricos es brillante. Pero ahora parece un poco nervioso. Aunque Jeff cree que el crecimiento de la demanda de vehículos eléctricos e instalaciones de almacenamiento puede respaldar esta rápida expansión, ahora también cree que "esto es como una fiebre del oro sin oro".

Pero contiene algunos otros metales valiosos. Para producir más baterías, necesita más litio, así como una variedad de otros metales, incluido el cobalto que se usa para hacer cátodos. Estos metales representan aproximadamente el 60% del costo de las baterías. Para los fabricantes de baterías, garantizar el suministro continuo de estos materiales es tan importante como dominar la tecnología electroquímica.

Desde 2015, Simon Moores, de la consultora BenchmarkMineralIntelligence, ha dicho que los precios del litio se han triplicado, los precios del cobalto se han duplicado y los precios de los productos químicos que contienen níquel utilizados en cátodos también han aumentado.

Morse dijo que no es difícil encontrar una nueva fuente de litio. Las reservas mundiales de litio son de al menos 210 millones de toneladas y la producción anual actual es de solo 180.000 toneladas. La nueva mina de litio se está extrayendo gradualmente. SQM de Chile, el mayor productor de litio del mundo, anunció en julio que invertiría 110 millones de dólares en Australia Occidental para formar una empresa conjunta de litio.

La situación con el cobalto es aún más complicada. No solo la oferta es escasa, sino que muchos son de la República Democrática del Congo. Hay tanto problemas éticos en esta región (la necesidad de depender del trabajo infantil) como problemas comerciales (nadie quiere depender de los señores de la guerra para obtener recursos importantes). LG Chem ha dicho que la compañía está tratando de reducir la cantidad de cobalto que se usa en la batería mientras continúa mejorando el rendimiento. En el futuro, reciclar este metal de las baterías usadas aumentará la sostenibilidad de toda la industria.

Una de las razones por las que los fabricantes todavía están ampliando con confianza su capacidad de producción frente al aumento de los precios de las materias primas es que las baterías de litio actualmente tienen pocos rivales. A menudo hay otras tecnologías de baterías que afirman tener una mayor ventaja en principio, pero ninguna tecnología puede cambiar de una idea simple a una tecnología dominante, como una batería de litio, a lo largo de décadas de desarrollo. Todo el proceso ha generado una serie de tecnologías complementarias, incluida la fabricación fina, la selección de electrolitos y nanotecnología de cátodos metálicos aún más compleja.

Kenan Sahin, director de CACMPower, un proveedor de materiales de cátodos en los Estados Unidos, dijo que el costo y el peso de las baterías de litio, el número de ciclos de carga y descarga repetidas, la durabilidad y la seguridad se logran mediante innumerables ajustes, no de la noche a la mañana. Hazlo.

Compara la química de la batería con el proceso de descubrimiento de fármacos en la industria farmacéutica. "Es realmente difícil. No importa lo que quiera hacer en una escala, debe aceptar los efectos secundarios ” , dijo. Esto es difícil de imitar por los posibles acreedores. En el futuro previsible, la tecnología de las baterías de litio de energía en constante evolución - posiblemente utilizando nuevos electrodos en estado sólido - seguirá al frente y seguir beneficiándose del crecimiento continuo en los modelos de aplicación que soporta.

Hasta ahora, la más común es la batería cilíndrica 18650. Mide unos 65 mm de largo y 18 mm de diámetro, y tiene una densidad de energía de unos 250 Wh por kilogramo. (A modo de comparación, la densidad de energía de la gasolina es aproximadamente 50 veces mayor, pero la batería puede almacenar cientos de veces más energía).

Tesla y Panasonic están desarrollando baterías 2170, que son un poco más largas y un poco más anchas que las 18650. Según Musk, esta será la batería de mayor densidad del mercado. La compañía dijo que el costo de conducción del Model3 entregado a fines de julio se redujo a la mitad en comparación con cualquier modelo anterior. En el lanzamiento del coche, almizcle 's declaración acerca de la consecución de 500.000 unidades el próximo año es bastante impresionante. "Bienvenidos a la producción del infierno", dijo a los trabajadores de la línea de montaje.

Tesla anunció el 7 de agosto que emitiría bonos por valor de 1.500 millones de dólares para respaldar los planes de expansión de la compañía, lo que le da al mercado de valores un respiro muy necesario : la compañía a menudo aumenta su mercado de valores y el precio de sus acciones ha estado en el último año. Dos tercios más alto.

La compañía ha dicho que ha recibido 455.000 pedidos de preventa Model3, que pueden generar suficiente flujo de caja antes de fin de año para consolidar su posición financiera. Si todo sale según lo planeado, Musk espera que la súper fábrica se convierta en el edificio más grande del mundo con una capacidad anual de 100 GWh. La empresa también puede construir súper fábricas en otros lugares y la próxima puede establecerse en China.

Todas las iniciativas creen que los vehículos eléctricos prosperarán. Sin duda, estos productos son cada vez mejores y más baratos. Pero todavía hay algunos factores que limitan su practicidad, el más notable es la carga. En el Reino Unido, el 43% de los propietarios de automóviles no tienen estacionamiento en la calle, por lo que no pueden cargar sus automóviles en casa. Cuando el cargador de 11kW se usa para cargar una batería de 90kWh durante 6 horas, es posible quemar el fusible.

La red eléctrica de Nueva York se ha deteriorado y se remonta a la era de George Westinghouse y Nikola Tesla hace más de un siglo. Actualmente se están realizando esfuerzos para absorber más fuentes de energía renovable como fuente de electricidad, y las instalaciones de almacenamiento de energía ofrecen nuevas formas de hacer frente a los picos de demanda de electricidad. El funcionario de energía del estado, Jason Doling, dijo que el proyecto era ideal para la instalación en edificios de gran altura, que podrían alimentar el ascensor durante las horas de la mañana y la noche.

Pero al departamento de bomberos de Nueva York todavía le preocupa que las baterías de litio en los edificios puedan causar incendios. El Samsung Galaxy Note7 "Frozen Door" del año pasado hizo que el mundo se diera cuenta de que las baterías de litio, si no se diseñan correctamente, se quemarían debido a un cortocircuito. Pero en general, los nuevos materiales y revestimientos cerámicos utilizados en los electrodos han hecho que las baterías de los automóviles sean muy seguras.

Además de las preocupaciones de seguridad, las empresas que instalan sus propios sistemas de almacenamiento afirman que los problemas regulatorios y de seguros obsoletos les suponen un obstáculo. Anil Srivastava, director del fabricante suizo de baterías Leclanch é , dijo que esto limita su capacidad para acceder a los fondos. También necesitan encontrar formas de hacer que las instalaciones de almacenamiento valgan la pena.

A veces, esta es casi la única solución que cumple con los requisitos reglamentarios (como es el caso de San Diego): después de la fuga del tanque de gasolina de AlisoCanyon en 2015, la Comisión de Servicios Públicos de California estaba preocupada por un apagón en Los Ángeles. Cuando el precio es el objetivo principal, la batería busca más de un servicio para ofrecer al usuario. Este proceso se denomina "acumulación de ingresos". Por ejemplo, un sistema no solo puede alimentar la red para un ajuste de frecuencia a corto plazo, sino que también puede ser una forma de hacer frente a la demanda máxima.

Suena complicado, pero encontrar más de una forma de vender lo mismo es una tendencia inevitable en la industria de las baterías, al igual que personaliza diferentes productos para diferentes mercados y diferentes escalas de uso. Aunque la prosperidad actual parece un poco abrumadora, a la larga, la industria parece estar haciendo un buen trabajo.

La página contiene el contenido de la traducción automática.