211service.com
Waarom we nog steeds geen betere batterijen hebben
Eerder dit jaar zei Ellen Williams, de directeur van ARPA-E , het geavanceerde onderzoeksprogramma van het Amerikaanse ministerie van Energie voor alternatieve energie, haalde de krantenkoppen toen ze: vertelde de Voogd krant- dat 'We hebben enkele heilige gralen in batterijen bereikt.
Ondanks zeer veelbelovende resultaten van de 75-tal onderzoeksprojecten voor energieopslag die ARPA-E financiert, blijft de graal van compacte, goedkope energieopslag ongrijpbaar.
Een aantal startups staat dichter bij het produceren van apparaten die zuinig, veilig, compact en energierijk genoeg zijn om energie op te slaan tegen een kostprijs van minder dan $ 100 per kilowattuur. Energieopslag tegen die prijs zou een galvanisch effect hebben, waardoor het probleem van een 24/7 netwerk met hernieuwbare energie die alleen beschikbaar is als de wind waait of de zon schijnt, wordt opgelost, en elektrische voertuigen lichter en goedkoper worden.
Illustratie door Federico Jordan
Maar die batterijen worden nergens in de buurt van het tempo gecommercialiseerd dat nodig is om de verschuiving van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen te bespoedigen. Zelfs Elon Musk, de CEO van Tesla, die nauwelijks de belofte van nieuwe technologie onderschat, heeft moeten toegeven dat de fabrikant van elektrische auto's voorlopig bezig is met een geleidelijke reeks verbeteringen aan zijn bestaande lithium-ionbatterijen, geen grote sprong voorwaarts.
Veel onderzoekers zijn zelfs van mening dat energieopslag een geheel nieuwe chemie en een nieuwe fysieke vorm zal moeten aannemen, naast de lithium-ionbatterijen die de afgelopen tien jaar concurrerende technologieën opzij hebben geschoven in consumentenelektronica, elektrische voertuigen en opslagsystemen op rasterschaal. . In mei hield de DOE een symposium getiteld Voorbij lithium-ion. Het feit dat het de negende jaarlijkse editie van het evenement was, onderstreepte de technologische uitdagingen om die stap te maken.
Qichao Hu, de oprichter van SolidEnergy Systems, heeft een lithium-metaalbatterij ontwikkeld (die een metalen anode heeft in plaats van het grafietmateriaal dat wordt gebruikt voor de anode in traditionele lithium-ionbatterijen) die een drastisch verbeterde energiedichtheid biedt ten opzichte van de huidige apparaten (zie Betere lithiumbatterijen om een testvlucht te krijgen). Het tien jaar durende proces van ontwikkeling van het nieuwe systeem bracht een van de belangrijkste hindernissen in de ontwikkeling van batterijen aan het licht: wat betreft de overgang van een idee naar een product, zegt Hu, is het moeilijk voor batterijen, want als je één aspect verbetert, compromitteer je andere aspecten .
Daarbij komt het feit dat onderzoek naar energieopslag een veelvoudig probleem kent: er zijn zoveel technologieën, van schuimbatterijen tot flowbatterijen tot exotische chemicaliën, dat geen enkele duidelijke winnaar de meeste financiering en onderzoeksactiviteiten binnenhaalt.
Volgens een recente analyse van meer dan $ 4 miljard aan investeringen in energieopslag door Lux Research, hadden startups die batterijen van de volgende generatie ontwikkelden - dat wil zeggen meer dan lithium-ion - gemiddeld slechts $ 40 miljoen aan financiering over een periode van acht jaar. Tesla's investering in zijn Gigafactory, die lithium-ionbatterijen zal produceren, zal in totaal ongeveer $ 5 miljard bedragen. Die enorme investeringskloof is moeilijk te overbruggen.
Het kost je $ 500 miljoen om een kleine productielijn op te zetten en al het kleine onderzoek te doen dat je nodig hebt om het product te maken, zegt Gerd Ceder, een professor materiaalwetenschappen aan de University of California, Berkeley, hoofd van een onderzoeksgroep onderzoek naar nieuwe batterijchemie. Hij wijst erop dat autofabrikanten nieuwe batterijsystemen jarenlang kunnen testen voordat ze een aankoopbeslissing nemen. Het is moeilijk om $ 500 miljoen in productie te investeren als uw bedrijf $ 5 miljoen aan financiering per jaar heeft.
Zelfs als nieuwe batterijfabrikanten erin slagen nieuwe technologieën op de markt te brengen, gaan ze een gevaarlijke periode tegemoet van het opvoeren van de productie en het vinden van kopers. Zowel Leyden Energy als A123 Systems faalden na de ontwikkeling van veelbelovende nieuwe systemen, omdat hun geldbehoeften stegen en de vraag niet aan de verwachtingen voldeed. Twee andere startups, Seeo en Sakti3, werden overgenomen voordat ze massaproductie en aanzienlijke inkomsten bereikten, voor prijzen die lager waren dan wat hun beginnende investeerders waarschijnlijk hadden verwacht.
Ondertussen zijn de batterijproducenten van de Grote Drie, Samsung, LG en Panasonic, minder geïnteresseerd in nieuwe chemie en radicale veranderingen in batterijtechnologie dan in geleidelijke verbeteringen aan hun bestaande producten. En innovatieve start-ups met batterijen hebben te maken met één groot probleem dat ze liever niet noemen: lithium-ionbatterijen, voor het eerst ontwikkeld in de late jaren 70, worden steeds beter.