Hvorfor vi stadig ikke har bedre batterier

Tidligere i år, Ellen Williams, direktør for ARPA-E , det amerikanske energiministeriums avancerede forskningsprogram for alternativ energi, trak overskrifter, da hun fortalte Værge avis at 'Vi har nået nogle hellige grale i batterier.

På trods af meget lovende resultater fra de 75 forskellige energilagringsforskningsprojekter, som ARPA-E finansierer, er gralen af ​​kompakt, billig energilagring dog stadig uhåndgribelig.

En række startups er tættere på at producere enheder, der er økonomiske, sikre, kompakte og energitætte nok til at lagre energi til en pris på mindre end $100 i kilowatt-timen. Energilagring til den pris ville have en galvanisk effekt og overvinde problemet med at drive et 24/7-net med vedvarende energi, der kun er tilgængelig, når vinden blæser eller solen skinner, og gøre elektriske køretøjer lettere og billigere.

Illustration af Federico Jordan

Men disse batterier bliver ikke kommercialiseret i nærheden af ​​det tempo, der er nødvendigt for at fremskynde skiftet fra fossile brændstoffer til vedvarende energi. Selv Teslas administrerende direktør Elon Musk, der næppe har underspillet løftet om ny teknologi, er blevet tvunget til at indrømme, at elbilproducenten indtil videre er engageret i et gradvist slag af forbedringer af sine eksisterende lithium-ion-batterier, ikke en stor spring frem.

Faktisk mener mange forskere, at energilagring bliver nødt til at antage en helt ny kemi og ny fysisk form, ud over de lithium-ion-batterier, der i løbet af det sidste årti har skubbet konkurrerende teknologier til side inden for forbrugerelektronik, elektriske køretøjer og lagringssystemer i netskala. . I maj afholdt DOE et symposium med titlen Beyond Lithium-Ion. Det faktum, at det var den niende årlige udgave af begivenheden, understregede de teknologiske udfordringer ved at tage det skridt.

Qichao Hu, grundlæggeren af ​​SolidEnergy Systems, har udviklet et lithium-metal-batteri (som har en metallisk anode, snarere end grafitmaterialet, der bruges til anoden i traditionelle lithium-ion-batterier), som tilbyder dramatisk forbedret energitæthed i forhold til nutidens enheder (se Bedre lithiumbatterier for at få en testflyvning). Den ti år lange proces med at udvikle det nye system fremhævede en af ​​de vigtigste forhindringer i batterifremme: Med hensyn til at flytte fra en idé til et produkt, siger Hu, er det svært for batterier, for når du forbedrer et aspekt, går du på kompromis med andre aspekter .

Hertil kommer det faktum, at energilagringsforskning har et mangfoldighedsproblem: Der er så mange teknologier, fra skumbatterier til flowbatterier til eksotiske kemier, at ingen entydig vinder tiltrækker det meste af finansieringen og forskningsaktiviteten.

Ifølge en nylig analyse af mere end 4 milliarder dollars i investeringer i energilagring af Lux Research havde startups, der udvikler næste generations batterier – dvs. ud over lithium-ion – i gennemsnit kun 40 millioner dollars i finansiering over otte år. Teslas investering i sin Gigafactory, som vil producere lithium-ion-batterier, vil i alt udgøre omkring 5 milliarder dollars. Det enorme investeringsgab er svært at overvinde.

Det vil koste dig 500 millioner dollars at etablere en lille produktionslinje og lave alle de detaljer af forskning, du skal gøre for at fremstille produktet, siger Gerd Ceder, professor i materialevidenskab ved University of California, Berkeley, som leder en forskergruppe undersøger nye batterikemier. Bilproducenter, påpeger han, kan teste nye batterisystemer i årevis, før de træffer en købsbeslutning. Det er svært at investere $500 millioner i produktion, når din virksomhed har $5 millioner i finansiering om året.

Selvom nye batteriproducenter formår at bringe nye teknologier på markedet, står de over for en farlig periode med at øge produktionen og finde købere. Både Leyden Energy og A123 Systems svigtede efter at have udviklet lovende nye systemer, da deres kontantbehov steg, og efterspørgslen ikke levede op til forventningerne. To andre startups, Seeo og Sakti3, blev opkøbt, før de nåede masseproduktion og betydelige indtægter, til priser under, hvad deres tidlige investorer sandsynligvis forventede.

I mellemtiden er de tre store batteriproducenter, Samsung, LG og Panasonic, mindre interesserede i ny kemi og radikale afvigelser inden for batteriteknologi, end de er i gradvise forbedringer af deres eksisterende produkter. Og innovative batteristartups står over for et stort problem, de ikke bryder sig om at nævne: lithium-ion-batterier, der først blev udviklet i slutningen af ​​1970'erne, bliver ved med at blive bedre.

skjule