673886040@qq.com
Литий-ионные аккумуляторы упали в цене на 97% - вот причины быстрого снижения стоимости
Новое исследование показывает, что инвестиции в исследования и разработки в области материалов и химии были ключевыми, в то время как экономия за счет масштаба внесла несколько меньший вклад.Литий-ионные батареи, те чудеса легкой мощности, которые сделали возможным сегодняшнюю эпоху портативной электроники и электромобилей, упали в цене с момента их введения три десятилетия назад со скоростью, аналогичной падению цен на солнечные панели, как задокументировано в исследовании, опубликованном в марте прошлого года. Но что привело к такому удивительному снижению затрат, примерно на 97 процентов?
Некоторые из исследователей, стоящих за этим более ранним исследованием, теперь проанализировали, что объясняет чрезвычайную экономию. Они обнаружили, что на сегодняшний день самым большим фактором является работа над исследованиями и разработками, особенно в области химии и материаловедения. Это перевесило выгоды, достигнутые за счет эффекта масштаба, хотя это оказалось второй по величине категорией сокращений.
Новые результаты были опубликованы 22 ноября 2021 года в журнале Energy and Environmental Science в статье постдока MIT Мики Зиглера, недавнего аспиранта Juhyun Song PhD '19 и Джессики Транчик, профессора Института данных, систем и общества Массачусетского технологического института.
По словам Транчика, полученные результаты могут быть полезны для политиков и планировщиков, чтобы помочь определить приоритеты расходов, чтобы продолжить путь к все более низким затратам на эту и другие важнейшие технологии хранения энергии. Их работа предполагает, что все еще есть значительные возможности для дальнейшего совершенствования технологий электрохимических батарей, говорит она.
Анализ требовал копания в различных источниках, поскольку большая часть соответствующей информации состоит из тесно хранимых проприетарных бизнес-данных. «Усилия по сбору данных были обширными», — говорит Циглер. «Мы изучили научные статьи, отраслевые и правительственные отчеты, пресс-релизы и спецификации. Мы даже посмотрели на некоторые юридические документы, которые вышли. Мы должны были собрать воедино данные из разных источников, чтобы получить представление о том, что происходит». Он говорит, что они собрали «около 15 000 качественных и количественных данных по 1000 отдельным записям из примерно 280 ссылок».
Данные самых ранних времен труднее всего доступны и могут иметь наибольшую неопределенность, говорит Транчик, но, сравнивая различные источники данных за один и тот же период, они попытались объяснить эти неопределенности.
В целом, по ее словам, «по нашим оценкам, большая часть снижения затрат, более 50 процентов, произошла из-за деятельности, связанной с исследованиями и разработками». Это включало в себя как частный сектор, так и финансируемые правительством исследования и разработки, и «подавляющее большинство» этого снижения затрат в рамках этой категории НИОКР пришлось на химию и исследования материалов.
Это было интересное открытие, говорит она, потому что «было так много переменных, над которыми люди работали с помощью самых разных видов усилий», включая дизайн самих аккумуляторных батарей, их производственных систем, цепочек поставок и так далее. «Улучшение затрат возникло благодаря разнообразному набору усилий и многих людей, а не благодаря работе только нескольких человек».
По словам Циглера, выводы о важности инвестиций в НИОКР были особенно значительными, потому что большая часть этих инвестиций произошла после коммерциализации технологии литий-ионных аккумуляторов, на этапе, на котором некоторые аналитики думали, что вклад в исследования станет менее значительным. По его словам, в течение примерно 20-летнего периода, начиная с пяти лет после появления батарей в начале 1990-х годов, «большая часть сокращения затрат по-прежнему связана с исследованиями и разработками. Вклад в НИОКР не закончился, когда началась коммерциализация. Фактически, это по-прежнему был самый большой вклад в снижение затрат».
В исследовании использовался аналитический подход, который Транчик и ее команда первоначально разработали для анализа аналогичного резкого падения стоимости кремниевых солнечных панелей за последние несколько десятилетий. Они также применили этот подход, чтобы понять растущие затраты на ядерную энергию. «Это действительно касается фундаментальных механизмов технологических изменений», — говорит она. «И мы также можем разработать эти модели, глядя вперед во времени, что позволяет нам раскрыть рычаги, которые люди могут использовать для улучшения технологии в будущем».
По ее словам, одним из преимуществ методологии, разработанной Транчик и ее коллегами, является то, что она помогает разобраться в относительной важности различных факторов, когда многие переменные меняются одновременно, что обычно происходит по мере совершенствования технологии. «Это не просто суммирование затратных эффектов этих переменных, — говорит она, — потому что многие из этих переменных влияют на множество различных компонентов затрат. Существует такая сложная сеть зависимостей».Но методология команды позволяет «посмотреть, как это общее изменение затрат может быть отнесено к этим переменным, по сути, намечая эту сеть зависимостей», — говорит она.
Это может помочь обеспечить руководство по государственным расходам, частным инвестициям и другим стимулам. «Что могут сделать разные лица, принимающие решения?» — спрашивает она. «Над какими решениями у них есть агентство, чтобы они могли улучшить технологию, что важно в случае низкоуглеродных технологий, где мы ищем решения проблемы изменения климата, и у нас ограниченное время и ограниченные ресурсы?
Новый подход позволяет нам потенциально быть немного более целенаправленными в отношении того, где мы делаем эти инвестиции времени и денег».
«В этой статье собраны данные, доступные систематическим образом, для определения изменений в стоимостных компонентах литий-ионных батарей в период с 1990 по 2010-2015 годы», - говорит Лаура Диас Анадон, профессор политики в области изменения климата в Кембриджском университете, которая не была связана с этим исследованием. «Этот период был важным в истории технологии, и понимание эволюции компонентов затрат закладывает основу для будущей работы над механизмами и может помочь информировать исследовательские усилия в других типах батарей».
Справка: «Детерминанты снижения стоимости технологии литий-ионных аккумуляторов», Мика С. Зиглер, Джухён Сонг и Джессика Э. Транчик, 22 ноября 2021 года, Энергетика и экология.
Исследование было поддержано Фондом Альфреда. Слоуна, Фондом защиты окружающей среды и Программой технологий и политики Массачусетского технологического института.
