Upozornění na událost: Odpovězte zde na „The New Iron Age“, inaugurační měsíční Live Chat s The Electric. V úterý ve 2 hodin. ET, budu mluvit s Yet-Ming Chiangem, spoluzakladatelem některých z nejdůležitějších startupů s bateriemi za posledních tucet let, včetně A123 Systems, 24M a Form Energy – společností pracujících přímo na tématech, o kterých jsme diskutovali posledních pět týdnů. Zbude čas na živé dotazy, tak se určitě přidejte.
Milionová baterie je skutečně tady. Všechno to změní
Před dvěma lety vznikla senzace kolem pojmu „baterie na milion mil“, mimořádně odolné lithium-iontové baterie, která může vydržet desítky let při napájení elektrického vozidla na dlouhé vzdálenosti a stojí víceméně stejně jako běžná baterie. Rozruch, který vyvolal článek, který napsal Jeff Dahn, profesor Dalhousie University a vědec s vedoucími bateriemi pro Teslu, získal větší pozornost, když Tesla a General Motors později řekly, že jsou na pokraji skutečné výroby takové baterie. Brzy však zanikl a zdálo se, že pouze čínský výrobce baterií a elektrických vozidel BYD uvedl na silnice vozidlo s tímto dojezdem.
Ukazuje se však, že přední výzkumní pracovníci a společnosti zabývající se elektromobily nadále vyvíjejí baterie, které vydrží 1 milion kilometrů nebo déle. V Číně BYD a Contemporary Amperex Technology, další bateriový gigant, každý inzerují životnost baterie EV 750,000 1 až 3 milion mil, což odpovídá pěti až sedmi desetiletím průměrné jízdy. Na Západě mi mluvčí GM řekl, že baterie Ultium společnosti, která bude uvedena na trh později v tomto roce v elektrickém Hummeru, také vydrží milion mil. V Dalhousie Dahnova vlastní testovací baterie nyní vydržela 30 miliony mil, čímž překročila vnější hranice benchmarku, který stanovil pro baterie s dlouhou životností. A Gene Berdichevsky, generální ředitel společnosti Sila Nanotechnologies, společnosti vyrábějící křemíkové anody, řekl, že očekává, že do konce dekády dodá XNUMXletou baterii.
„Je to ‚věčná baterie‘,“ řekl mi Berdičevskij. “Třicet let může být navždy.”
Dnes, i když to mnoho odborníků na baterie stále nevysvětlitelně považuje za okrajový nápad, zdá se, že baterie na milion mil se pravděpodobně stane komerčním standardem později v tomto desetiletí, pohání elektromobily a uchovává solární energii po pozoruhodně dlouhou dobu. Tato odolnost pravděpodobně rozproudí řadu průmyslových odvětví:
· Ropa a plyn: Klesající spirála fosilních paliv pro osobní vozidla a pohonné hmoty by se zrychlila, protože baterie překonávají dřívější předpoklady o své podřadnosti ve srovnání s energeticky hustou ropou a zemním plynem.
· Hornictví: Bylo by potřeba méně vzácnějších kovů a nerostů z baterií na světě, což by zkazilo prognózy, na kterých jsou založeny miliardy dolarů současných investic do těžby a rafinace.
· Auta: Zaměstnanost v tomto odvětví, která se již nyní ve stále elektrické éře bude snižovat, bude dále snižována, protože vozový park se bude obracet mnohem pomaleji.
· Recyklace: Ve světě elektromobilů s dlouhou životností bude nově vytvořený průmysl recyklace kovů z baterií méně žádaný, než se očekávalo. Recyklátoři by pravděpodobně byli nuceni přejít na méně lukrativní mobilní zařízení, elektrické nářadí a skútry.
Výzkumníci popisují baterie s dlouhou životností jako rozšiřující známé obrysy osobní dopravy: Pokud se baterie sotva rozbije, snadno skončíte ve světě „komunitní baterie“, ve které jsou elektromobily při zaparkování zapojeny do sítě a dodávají energii ve špičce. poptávka se zvýší a přebytek uloží, když je poptávka nízká. Motoristé by potenciálně trpěli mnohem menší úzkostí z dojezdu, protože takové baterie s dlouhou životností by se také nabíjely relativně rychle. Baterie se mohou stát celoživotním nákupem, zakoupeným za jeden EV, vzít si s sebou, když přejdete na nový model, a tak dále, jak stárnete – ale ne baterie.
V prvních dvou číslech The Electric jsem psal o tom, jak Čína ovládla závod s bateriemi: Zatímco američtí výzkumníci a laboratoře vynalezli každou hlavní používanou lithium-iontovou formulaci, americký průmysl nedokázal komercializovat žádnou z nich. Místo toho tak učinily čínské a další asijské společnosti. Zhruba v roce 2009 si Čína stanovila politický cíl vybudovat svůj lithium-iontový průmysl a průmysl EV a následující desetiletí strávila plněním tohoto plánu.
Ale také jsem identifikoval neočekávané otevření trhu pro nečínské výrobce automobilů a baterií: Čína svým eskalujícím zásahem proti domácím technologickým startupům vytvořila moment komparativního tržního toku. Západní společnosti by mohly toto narušení překonat a zachytit důležité záplaty v bateriovém průmyslu – a to zahrnuje vývoj baterií s dlouhou životností v čele s Dahnem.
Hledání baterií s dlouhou životností není nic nového. Na konci 1990. let se francouzský vědec zabývající se bateriemi jménem Michel Broussely účastnil konferencí o bateriích a členů komunity králů se svými průkopnickými příběhy o testování baterií s dlouhou životností pro francouzskou společnost Saft na výrobu baterií. Ve velmi čteném článku z roku 2001 Broussely ukázal, že lithium-iontová baterie v jeho laboratoři vydržela více než 13 let, když byla testována při pokojové teplotě.
V dokumentu z roku 2011 popsal Karim Zaghib, bývalý technologický ředitel Hydro-Québec, velké kanadské energetické společnosti a další průkopník baterií s dlouhou životností, baterii kombinující levný lithium-železo-fosfát a lithium-titanát-oxidovou anodu, která lze dobít 30,000 XNUMXkrát. To by odpovídalo nějakým čtyřem stoletím jízdy.
Ale ani jedna z těchto baterií nepřekročila hypotetický rozměr, pokud jde o to, že by se kdy dostal do skutečného elektromobilu. V rozhovoru minulý týden například Zaghib řekl, že použití baterie, kterou popsal ve svém článku, by bylo docela omezené – například pro autobusy, které jezdí extrémně krátké trasy o délce 12 mil nebo tak, než potřebují rychlé dobití.
Byl to Dahnův dokument z roku 2019, který vyšel poté, co odvětví baterií od těch prvních dnů dosáhlo značného pokroku, který popsal něco se skutečnou komerční praktičností. V akademické přednášce, kterou přednesl v červnu tohoto roku, Dahn vysvětlil svou fixaci na baterie s dlouhou životností jako naději na „záchranu planety“. Výrobci baterií pro elektromobily se běžně pokoušejí vyvinout baterii, kterou lze dobít asi 1,000 300,000krát a vydrží zhruba XNUMX XNUMX mil, což je dvojnásobek životnosti typického osobního vozidla. Poté lze baterii recyklovat.
Tesla patent
Dahn chce vytvořit baterie, které nikdy nejdou do koše. Kromě jiných účelů druhé životnosti by se přesunuly do jiného vozidla, sloužily jako záložní napájení v továrnách a domácnostech nebo fungovaly ve službách typu vehicle-to-grid, které ukládají a poskytují energii během období špičkové poptávky po elektrických zařízeních. Takový přístup by mohl výrazně omezit těžbu bateriových kovů a nerostů, protože by zůstala v provozu celá baterie a ne jen několik recyklovaných kovů. „Nevěřím, že [baterie s 1,000 XNUMX cykly jsou] v nejlepším zájmu planety,“ řekl Dahn online publiku.
Aby se tam dostal, Dahn popsal spárování „velmi dobré“ umělé grafitové anody s pracnou nikl-mangan-kobaltovou baterií nazvanou NMC532. Hodně se zaměřil na přísady do elektrolytu, kapalinu oddělující dvě elektrody, která by používala chemikálie, jako je methylacetát, aby se baterie rychle nabila, aniž by ji poškodila. Popsal také použití velkých monokrystalů pro katodu spíše než obvyklých menších polykrystalických částic – jednotlivé krystaly, řekl, jsou mnohem méně náchylné k mikropraskání, metle dlouhověkosti. Mikropraskání je důsledkem bobtnání a smršťování elektrod, když se ionty lithia pohybují dovnitř a ven z nich. Monokrystaly jsou však poměrně robustní a odolávají tomuto lámání.
Dahn’s Dalhousie lab uvádí, že nyní provedla 13,000 3.2 cyklování svého experimentálního bateriového článku, což by umožnilo vozidlu ujet 3.7 milionu až 93 milionu mil, v závislosti na počtu najetých mil za rok, při zachování úžasných 20 % své původní kapacity. . Ale to pouze v případě, že baterie zůstane v pokojové teplotě kolem 68 stupňů Celsia (40 Fahrenheit). Při trestuhodnějších, ale realističtějších teplotách 104 stupňů Celsia (6,500 Fahrenheit) Dahnovy články fungovaly méně dobře, ale stále robustně: vydržely 80 XNUMX cyklů a zachovaly si více než XNUMX % své původní kapacity.
Před dvěma lety si Tesla patentovala Dahnovu baterii s milionem kilometrů a generální ředitel Elon Musk řekl, že nasadí baterii s dlouhou životností v roce 2020. Ten rok přišel a odešel, aniž by Musk tyto plány realizoval. Například během Tesla Battery Day loni v září neřešil milion mil baterie.
Ve skutečnosti je mnohem méně překvapivé, že CATL a BYD debutovaly s bateriemi na milion mil, protože používají LFP, která má obvykle mnohem delší životnost než NMC. Čísla, která obě společnosti uvádějí, jsou přesto působivá: BYD inzeruje více než 300 mil na jedno nabití a 750,000 4 mil životnosti u svého modelu Dolphin, který obsahuje baterii Blade, o které jsem psal dříve. Ve čtvrtečním tweetu významný čínský blogger Moneyball @DKurac oznámil, že BYD začne dodávat Blade Tesle ve druhém čtvrtletí příštího roku. Tesla již používá baterie LFP vyrobené společností CATL, která tvrdí, že má ve výrobě XNUMX miliony mil.
Zjistil jsem, že lidé v americkém a evropském bateriovém a automobilovém průmyslu mají tendenci nedůvěřovat čínským ukazatelům výkonu baterií, a tak je to i se zmíněnými miliony mil baterií. Berdičevskij, generální ředitel Sila Nano, například zpochybnil, zda byla čínská technologie vystavena přísným podmínkám v reálném životě, jako je silný chlad a horko.
Jasné je, že je jen otázkou času, než se silnice v Číně, USA a Evropě zaplní modely BYD, Tesla a GM s miliony kilometrů. Od nynějška se tato budoucnost blíží pod radarem: GM, obvykle zpomalený, když měl navrch v elektrickém věku, zejména nepropagoval, že jeho baterie Ultium vydrží milion mil, a většina amerických a evropských automobilky a výrobci baterií veřejně neuznali baterie Ultium, CATL a BYD. Tento postoj by je mohl v průběhu desetiletí znovu pronásledovat, pokud, jak je pravděpodobné, budou inzerovaná čísla v podstatě přesná, baterie s dlouhou životností získají přízeň veřejnosti a opozdilci to budou muset rychle dohnat.
Většina amerických a evropských výrobců automobilů postupuje s hořkou bázlivostí, pokud jde o uchopení velící výšky baterií, v tomto případě to vypadá, že komercializaci na miliony mil přenechává převážně asijským společnostem a několika západním rivalům. Zdá se, že americké automobilky a společnosti vyrábějící baterie závisejí více na agresivní federální politice, jako je vládní financování nabíjecích stanic pro elektromobily, továrny na baterie a spotřebitelské slevy, které minulý týden navrhl prezident Joe Biden, než na svých vlastních technologických vychytávkách. To je důvod, proč peníze na inteligentní elektromobily a baterie sází na Čínu a jen jednu nebo hrstku nečínských výrobců automobilů.
O The Electric
Exkluzivní prémiová služba pokrývající vznikající baterie a otáčky elektromobilů.
O Steve LeVine
Steve LeVine je redaktorem The Electric. Předtím pracoval ve společnostech Axios, Quartz a Medium a předtím v The Wall Street Journal a The New York Times. Je autorem knihy The Powerhouse: America, China and the Great Battery War a je na Twitteru @stevelevine
Steve LeVine je redaktorem The Electric. Předtím pracoval ve společnostech Axios, Quartz a Medium a předtím v The Wall Street Journal a The New York Times. Je autorem knihy The Powerhouse: America, China and the Great Battery War a je na Twitteru @stevelevine
Možná jste už slyšeli o „baterii na milion mil“ – nejnovější frázi, kterou zastánci elektrických vozidel doufají, že podnítí zájem veřejnosti o nákup elektromobilů.
Pokud ne, Elon Musk se postará o to, abyste to udělali v úterý, kdy se Tesla připojí k internetu na to, co nazývá Battery Day. Očekává se, že Musk podrobně popíše projekt baterie na milion mil – spolu s dalšími „vzrušujícími věcmi“, jak uvedl na Twitteru.
Muskovy upoutávky se ne vždy vydaří. (Aktualizace: Na akci Musk podcenil očekávání, když oznámil, kolik pilotního projektu by podle něj mohlo dosáhnout sériovou výrobu do roku 2030. „Ještě je potřeba udělat hodně práce,“ řekl. v tašce.”)
Ale myšlenka baterie s milionem kilometrů nabízí skutečný příslib.
„Odstranil bych jedno z velkých negativ spojených s elektrickými vozidly,“ řekl Donald Sadoway, chemik materiálů a odborník na baterie z Massachusettského technologického institutu: strach majitele vozu, že baterie vybije a bude vyžadovat nákladnou výměnu.
Ale protože je bateriový průmysl plný start-upů a vynálezců, kteří propagují své zboží, často dříve, než jsou připraveni na hlavní vysílací čas, Sadoway naznačuje, že určitá skepse je na místě.
Co je to baterie na milion mil?
Milion mil baterie neznamená, že můžete ujet milion mil mezi dobitími. Znamená to baterii, která vydrží 1 milion mil nebo více, než již nebude schopna udržet nabití dostatečně silné, aby pohánělo elektromobil. Pravidelné dobíjení každých několik set mil by stále bylo potřeba, aby byl vůz nebo nákladní automobil poháněn.
Dnešní baterie čelí omezením, pokud jde o počet dobití. V současné době je většina autobaterií navržena tak, aby zvládla celkem asi 1,000 150,000 plných nabití. Záruky výrobce na autobaterie dosahují maxima kolem osmi let a 1 4,000 mil – což se ukazuje jako konzervativní, protože autobaterie obecně přežívají své záruky. Baterie, která vydrží XNUMX milion mil, zvládne XNUMX XNUMX plných nabití nebo více.
Musk by mohl prodloužit záruku na 15 let. Myslíte, že to udělá?
— Vince Battaglia, Lawrence Berkeley National Lab
Takže co z toho dělá velký problém?
Žádné auto pravděpodobně nevydrží 1 milion kilometrů. Rozpadlo by se to dávno předtím. Ale je možné navrhnout auta tak, aby bylo možné baterie vyměňovat a vyměňovat. Jednotliví majitelé automobilů by si teoreticky mohli ponechat své baterie a instalovat je do nových karoserií. Baterie s dlouhou výdrží by mohla zvýšit hodnotu vozu při dalším prodeji.
Možná ještě důležitější je, že vyměnitelné baterie by mohly pohánět nákladní vozy na dlouhé vzdálenosti, městské autobusy a robotické osy bez řidiče, které všechny denně najedou mnoho kilometrů. Stejné baterie by také mohly čerpat energii do elektrické sítě, když se vozidlo nepoužívá, s menšími obavami o snížení životnosti baterie.
U těchto aplikací „toto zcela změní hru,“ řekla Shirley Meng, profesorka nano-inženýrství a materiálů na UC San Diego.
Tesla, která má aspirace na výrobu elektrických návěsů a nasazení flotil robotaxis při pokusu o vybudování podnikání v oblasti ukládání energie do sítě, plánuje začít vyrábět baterie sama. V současnosti nakupuje baterie od společností Panasonic a LG Chem.
Existují nějaké baterie na milion mil?
Možná. Čínský gigant na výrobu baterií, Contemporary Amperex Technology Ltd. (CATL), v červnu uvedl, že je „připraven k výrobě“ baterie, která vydrží 16 let a 1.2 milionu mil, ale neřekl o tom nic víc.
Baterie by stála o 10 % více než typická baterie, kterou nyní CATL prodává, řekl v červnu Bloombergu předseda společnosti Zeng Yuqun. Nebyly poskytnuty žádné podrobnosti o vnitřním fungování baterie, její hmotnosti, dojezdu, energii nebo výkonu a žádná automobilka zatím neoznámila zájem o její koupi.
Žádný výrobce baterií kromě CATL neuvedl milion mil. Pokud Musk oznámí, že je připraven jeden vyrobit, zvedlo by to obočí v celém odvětví.
Battery Day „určitě vyvolává nějaký rozruch,“ řekl Sadoway. “Ale pozoruhodná tvrzení vyžadují pozoruhodný důkaz.”
Pokud má Tesla výhodu, co to je?
Zatím není jasné, že nějaký má. Výzkumný dokument zveřejněný loni v září vědci financovanými Teslou z kanadské Dalhousie University uvedl, že v laboratoři vytvořili baterii o délce milionu mil. Tým vedl Jeff Dahn, hlavní postava ve výzkumu lithium-iontových baterií, který začal spolupracovat s Teslou v roce 2016.
Tříletý projekt ukázal, že použitím specifických kombinací katodových a elektrolytických materiálů lze posunout limity nabíjení a dobíjení z přibližně 1,000 4,000 cyklů až na XNUMX XNUMX cyklů, což je významný krok směrem k autobateriím s delší životností.
Velkou otázkou pro Muska na Dni baterie je, zda jeho výrobní plány předbíhají vědu. Někteří přední odborníci na baterie vyjadřují vědeckou skepsi. Jedna věc je ukázat výsledky v laboratoři, druhá věc je vyvíjet výrobní linky a vyrábět velké objemy se ziskem.
“Dahn je velmi slavný, je velmi dobrý, je oddaný své práci,” řekl Vince Battaglia, který vede Battery Storage Group v Lawrence Berkeley National Laboratory. “Tohle je zajímavé.” Kdo věděl, že dokážeš udělat tolik cyklů?”
Přesto některé metody a zjištění nazývá „odlišnými od mých vlastních“.
Battaglia poznamenal, že baterie testované v Dahnově laboratoři byly mnohem menší než články, které by se používaly v elektrických vozidlech. “Nevím, co se stane, když uděláte ty větší buňky a uvnitř se trochu zvýší teplota. Možná se vrátíte do osmi až desetiletého života,“ řekl Battaglia. Dahn řekl, že si za svými zjištěními stojí.
Webová stránka Electrek, která se někdy předem dívá na plány Tesly, minulý týden zveřejnila obrázky neobvykle velkých bateriových válců, které by podle nich mohl Musk představit. Články v současných vozech Tesla vypadají jako o něco větší AA baterie. Vypadají jako juniorské plechovky od piva.
Možná Tesla odhalí přesvědčivá data, která ukážou, že tyto články mohou zvýšit energetickou hustotu a nákladovou efektivitu, aby dosáhly životnosti milion mil, řekl Battaglia – ale je to náročný úkol.
A co náklady?
„Velkou otázkou je, jak to zvýší náklady,“ řekl Sadoway z MIT.
“Myslím, že cena baterie poroste, protože dolary za kilowatthodinu porostou,” řekl Battaglia. “Možná, že kupující Tesly utratí více za baterii, která vydrží déle.”
Meng z UC San Diego řekl, že taková baterie by mohla být považována za přínos pro kupujícího automobilu. Pokud lze baterii vyměnit za jiná vozidla a vydrží 1 milion mil, zachová si určitou hodnotu, řekla Meng, která sama řídí Teslu. Kolik to může být, není známo. “Bude to trvat několik ekonomů, kteří to prozkoumají, aby ukázali, jak se rovnice změní,” řekla.
Dá se tedy Muskovi věřit?
Musk vytvořil nový a významný trh pro elektromobily. Jeho SpaceX vysílá rakety do vesmíru a vysazuje je na člunech. Posouvá hranice s technologiemi asistencí řidiče. Dokázal hodně.
Přesto jeho sliby v posledních letech daleko přesáhly výkon. Nákladní návěs představený v roce 2017 ještě nebyl vyroben. Předpověděl 1 milion robotických os bez řidiče do konce tohoto roku; zatím je Tesla na nule. (Společnost nevyrábí samořídící auta, nehledě na 1 milion robotických os.)
Projekt solární střechy oznámený s nefunkčním prototypem v roce 2016 zůstává experimentem. Velké plány na vyřešení dopravních problémů s podzemními tunely tvořily jedinou turistickou atrakci v Las Vegas.
Musk příliš sliboval a nedodával také technologie baterií. V roce 2013 uspořádal show, aby předvedl plán na vybudování sítě stanic pro výměnu baterií pro majitele Tesly a zmírnění úzkosti z dojezdu. Byla postavena pouze jediná stanice. Málo používaný, byl demontován, ale ne dříve, než California Air Resources Board udělila Tesle dodatečné emisní kredity za toto úsilí, které později se ziskem prodala.
Musk si v úterý nastavil vysokou laťku. V konferenčním hovoru s akciovými analytiky v roce 2017 na otázku ohledně projektu polovodičových baterií Toyota řekl toto:
“Víš, mohl bych ti dát powerpointovou prezentaci o teleportaci do galaxie Andromeda.” To neznamená, že to funguje,“ řekl. „Když má někdo jako skvělé tvrzení, že má tuhle úžasnou baterii, víte co, pošlete nám vzorek. Nebo pokud nám nevěříte, pošlete jej do nezávislé laboratoře, kde lze parametry ověřit. V opačném případě [zmlkni].”
Battaglia z Lawrence Berkeleyho řekl, že Musk by mohl kritiky umlčet jediným jednoduchým prohlášením. Záruka na baterii Tesla je dobrá na osm let a 150,000 15 mil. “Musk by mohl prodloužit záruku na XNUMX let,” řekl Battaglia. “Myslíš, že to udělá?”
