Costo de la batería de litio por Kwh-Posibilidades y riesgos

Como el dispositivo de almacenamiento de energía más utilizado en los campos de los vehículos eléctricos y electrónicos de consumo, la batería de iones de litio (LIB) está estrechamente vinculada a nuestra vida diaria, donde la seguridad es primordial. La batería de iones de litio es un producto multidisciplinario que es típico. Una pequeña celda única está formada por materiales orgánicos e inorgánicos de múltiples escalas. Además, su propiedad relativamente cerrada dificultaba el estudio en línea, y mucho menos al nivel del paquete de baterías o del sistema. La seguridad, también expresada en el abuso de la seguridad, incluido el abuso mecánico, eléctrico y térmico, es un tema muy complicado para las baterías de iones de litio. En instalaciones a gran escala, la seguridad debe estar garantizada. Aquí, se revisarán los materiales primarios y las técnicas de desarrollo de células relevantes para cuestiones de seguridad con costo por kwh. Los componentes principales de la batería incluyen cátodo, ánodo, electrolito y separador. Las técnicas de diseño y fabricación de la celda también tienen un impacto importante en el rendimiento electroquímico y de seguridad de la celda. Aquí vamos a revisar el ciclo de fuga térmica de una sola celda y algunos avances recientes en los materiales de las baterías y el diseño de las celdas.

¿Cuánto cuesta la batería de litio por Kwh?

La electrificación de los automóviles y la necesidad de almacenar electricidad generada con energía renovable, principalmente solar y eólica, indican una gran demanda de baterías de iones de litio.

Durante la última década, los precios de las baterías de iones de litio se han desplomado. Según Bloomberg NEF, los precios de las baterías alcanzaron los $ 1,160 por kWh en 2010, pero cayeron a $ 176 por kWh el año pasado, y los expertos sugieren que para 2024 podrían ser menos de $ 100 debido al avance. Considerando que, nuevas investigaciones han sugerido que los precios de las baterías de iones de litio podrían caer drásticamente para 2020, creando condiciones para una adopción generalizada en algunos mercados de vehículos electrificados.

La tecnología de la batería se carga por delante

La mayoría de los expertos están de acuerdo en que los precios del almacenamiento de energía caerán en los próximos años, pero no están de acuerdo sobre qué tan lejos y con qué rapidez. Este es un debate importante porque una gran caída en los precios de las baterías podría tener efectos de gran alcance en las industrias y la sociedad misma. Las baterías más baratas, en particular, pueden permitir una adopción más amplia de vehículos electrificados, potencialmente en la interrupción de los sectores de energía, transporte y petróleo.

Creamos un modelo de "costo" integral y de abajo hacia arriba para informar la discusión, que estima cómo evolucionarán los precios de las baterías de iones de litio en la industria automotriz para 2025. Nuestro análisis muestra que el precio de un paquete completo de baterías de iones de litio para automóviles podría bajar de $ 500 a $ 600 por kilovatio hora (kWh) para 2020 a aproximadamente $ 200 por kWh y para 2025 a aproximadamente $ 160 por kWh. En los Estados Unidos, con precios de la gasolina superiores o inferiores a 3,50 dólares el galón, los fabricantes de automóviles que compran baterías a precios inferiores a 250 dólares el kWh pueden competir con los vehículos electrificados en función del costo total de propiedad, con los automóviles propulsados por motores de combustión interna avanzados (figura ).

Naturalmente, además de los precios de las baterías, el ritmo de adopción dependerá de una serie de factores. Es importante tener un control macroeconómico y regulatorio sobre las condiciones de las baterías, el rendimiento y la confiabilidad del vehículo y las preferencias del cliente. Y el ritmo al que los fabricantes de automóviles se dan cuenta de que los precios de las baterías son más bajos podría variar entre tres y cinco años, la duración de un ciclo de desarrollo de productos depende de las estrategias de cartera adoptadas por estas empresas.

Además, es probable que la aparición de baterías más baratas estimule una mayor innovación en otras tecnologías, como los motores de combustión interna. Estos avances no solo aumentarían la probabilidad de que durante la próxima década, sino cualquiera que sea la tecnología que prevalezca, la economía del transporte en general también se remodelará y avanzará.

Tendencia y riesgo del costo de la batería de litio

Al ritmo actual, se espera que las baterías de iones de litio alcancen los US $ 100 / kWh antes de 2030 en el nivel de CC y probablemente alcancen los 300Wh / kg. Estas tasas parecen ser lineales; estas métricas se cumplirán mucho antes si se produce una mayor capitalización. El principal impulsor de este desarrollo son los crecientes volúmenes de producción liderados por la industria automotriz.

La tendencia que se establece como se menciona en la figura 1, desagrega el precio de los paquetes de baterías automotrices en más de 40 controladores subyacentes, representa las mejoras anticipadas en áreas como el procesamiento y producción de materiales, así como los costos generales y los márgenes para diferentes segmentos del valor. cadena para que en los próximos años disminuya el costo de las baterías de iones de litio y sean posibles las invenciones de automóviles o vehículos eléctricos. Esta vista componente por componente de los precios futuros de las baterías se basa en una base de investigación primaria, que incluye entrevistas con expertos de la industria, el mundo académico y el gobierno.

Nuestro trabajo sugiere que el día en que los vehículos electrificados se conviertan en alternativas más convincentes a los vehículos impulsados por motores de combustión interna podría verse impulsado por tres factores, al menos sobre la base del costo total de propiedad.

• Desarrollo a escala. Los efectos de escala y las mejoras de productividad en la fabricación podrían lograrse principalmente para 2015, lo que representa alrededor de un tercio de los posibles recortes de precios para 2025. Los ahorros se beneficiarían principalmente de la optimización de los procesos de producción, la estandarización de las instalaciones y la distribución de los costos fijos entre mayores volúmenes de unidades. Por lo tanto, las nuevas plantas podrían ser mucho más competitivas que las que estaban en servicio antes de 2010-11.

• Precios más bajos de materiales. Las reducciones en los precios de los materiales y componentes podrían lograrse principalmente para 2020, lo que representa alrededor del 25 por ciento de la oportunidad general de ahorro. Los márgenes de EBIT podrían caer a la mitad del 20-40% actual bajo presión competitiva. Los proveedores de unidades reducirán significativamente sus costos aumentando la productividad en la fabricación y cambiando las operaciones a ubicaciones de costos óptimos.

• Tecnologías que aumentan la capacidad de la batería. Los avances técnicos en cátodos, ánodos y electrolitos podrían aumentar la capacidad de la batería en un 80-110% para 2020-25. Estos esfuerzos representan del 40 al 45 por ciento de las reducciones de precios identificadas. Los nuevos cátodos de baterías que incorporan estructuras en capas eliminan las zonas muertas y podrían aumentar la capacidad de la celda en un 40%. Los fabricantes están produciendo ánodos de silicio de alta capacidad que podrían aumentar la capacidad de la celda en un 30% en comparación con los ánodos de grafito actuales. Y los científicos están diseñando pares cátodo-electrolito que podrían elevar el voltaje de la celda de 3.6 voltios para 2025 a 4.2 voltios, aumentando así la eficiencia de la celda en un 17 por ciento en comparación con los estándares actuales, y potencialmente mucho más.

En otros sectores, en particular la electrónica de consumo, donde la demanda mundial de baterías más baratas y de mejor rendimiento es fuerte, la mayoría de los desarrollos que permiten reducciones de precios para las baterías de iones de litio para automóviles se realizarán primero.