30 lat rozwoju baterii litowych

Trafiłem niedawno na zajawkę opublikowanego w The Economist artykułu o tym, jak duży postęp poczyniono w technologii produkcji baterii litowych na przestrzeni ostatnich ok. 30 lat. Zajawkę, bo pełna wersja artykułu dostępna jest dla płatnych subskrybentów.

Ale i ten fragment, do którego jest dostęp bez logowania, przekazuje bardzo ważne informacje.

Widać z nich bezsprzecznie, jak duży postęp technologiczny został uczyniony w jednej z kluczowych technik nie tylko dla elektromobilności (w końcu każdy samochód elektryczny musi mieć jakieś akumulatory), lecz także dla odnawialnych źródeł energii w małej skali.

Po pierwsze, przez te 30 lat cena ogniwa litowego spadła o 97%.

Po drugie, równocześnie znacząco (kilkukrotnie) zmniejszyła się masa oraz objętość pakietu akumulatorów, niezbędnego do przechowania określonego ładunku elektrycznego (określonej ilości energii).

Akumulatorki 18650 marki Samsung o pojemności ok. 2 500 mAh w standardzie 18650, czyli o średnicy 18 mm i długości 65 mm. To jeden z najpopularniejszych standardów akumulatorków tego typu, wykorzystywany m.in. do zasilania latarek. Autor tego tekstu używa dokładnie tych akumulatorków do swoich dwóch latarek. 🙂

Jak donosi artykuł:

„Na początku lat 90. zestaw akumulatorów niezbędnych do zapewnienia zasilania w domu na jeden dzień kosztowałby ok. 75 000 USD. Same baterie ważyłyby 113 kg, zajmując przestrzeń podobną do kega z piwem. Dziś tę samą ilość energii można dostarczyć z zestawu za mniej niż 2 000 USD, wielkości niedużego plecaka o masie 40 kg. „

Źródło cytatu: „Lithium battery costs have fallen by 98% in three decades”, economist.com, klikalny link kilka akapitów wyżej.

Artykuł powołuje się na badanie „Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline” zakończone latem 2020 roku, opublikowane po raz pierwszy w marcu 2021. Samo badanie dostępne jest w całości w internecie.

Badanie zawiera również szereg innych wniosków:

  • wielkość rynku baterii litowych, mierzonego w MWh pojemności rocznie, wzrosła prawie o 6 rzędów wielkości od 1991 roku,
  • gęstość energii w odniesieniu do objętości baterii wzrosła ponad trzykrotnie, z poziomu nieco ponad 200 Wh / litr do poziomu ponad 700 Wh / litr,
  • gęstość energii w odniesieniu do masy baterii wzrosła w podobny sposób, z ok. 80 Wh / kg do 250 Wh / kg.

Ceny baterii litowych, wyrażone w USD z 2018 roku w odniesieniu do 1 kWh energii, którą może przechować akumulator. Źródło: Micah S. Ziegler, Jessika E. Trancik: Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline. Klikalny link do badania znajduje się kilka akapitów wyżej.

Od czasu, gdy publikowałem tu w 2015 notkę na temat zestawów Powerwall sprzedawanych przez koncern Tesla cena baterii oczywiście dalej spadła. Wprawdzie nie jest to tak szybki spadek, jak w latach 1990-2005, ale wciąż zauważalny.

Im więcej prądu będziemy w stanie tanio i efektywnie przechować w domowych instalacjach OZE, tym lepiej:

  • dla samego użytkownika, bo będzie mógł korzystać z własnego prądu i nie zużywać energii z węgla,
  • dla systemu elektroenergetycznego w dużej skali, bo wahania zapotrzebowania na prąd będą mniejsze, a jednocześnie nie będzie pojawiać się nadwyżka prądu z baterii słonecznych,
  • dla sieci dystrybucyjnych, których praca może być w dużej mierze zakłócana przez instalacje fotowoltaiczne (np. powodując lokalne wzrosty napięcia w sieci do niebezpiecznie wysokich poziomów).

Więc osobiście trzymam kciuki za dalszy rozwój tej techniki. 🙂

Komentarzy do wpisu “30 lat rozwoju baterii litowych”: 4.

  1. Yemn says:

    Myślisz że ładowanie na nocnej taryfie 18650 i używanie w dzień ma sens, czy za duże straty?
    Mam mnóstwo projektów w głowie związanych z tymi akumulatorami, od baterii w rowerze, po zwykłe latarki i akumulatory laptopowe.

  2. @Yemn: robiłem eksperyment z komercyjnym zestawem zasilania wykorzystującym właśnie akumulatorki 18650, stację zasilania Ecoflow Delta 1300:
    https://www.youtube.com/watch?v=Dit6dNFCR0o

    Robiłem parę testów sprawności ładowania-rozładowania (z uwzględnieniem wszystkich strat, także zamiany prądu przemiennego na stały, a potem na odwrót) i wychodziła rzędu 75-80%. Czy doliczając do tej sprawności koszt amortyzacji urządzenia (albo samego pakietu akumulatorów) możemy uzyskać zwrot z inwestycji, dzięki różnicy w niższej cenie prądu w nocnej strefie taryfowej? Nie sądzę…

  3. curious says:

    Baterie litowe w powerwall nie mają sensu bo pomimo spadku cen ogniw litowych nadal są bardzo drogie.
    Zauważ też że porównywano ceny od producentów, a u dystrybutorów te same ogniwa są obłożone coraz wyższą marżą i podatkami.
    Dodatkowo badanie dotyczy ogniw litowych których trwałość znamionowa to max 2 lata – ten typ ogniw starzeje się nawet nieużywany.

    Warto natomiast zwrócić uwagę na to że są inne technologie.
    Jako że w stacjonarnych zastosowaniach waga nie gra roli, warto przyjrzeć się najpierw mechanicznym metodom składowania energii – https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_hybrid_vehicle zacznij od tego.
    W uproszczeniu – zbiornik z olejem w którym znajduje sie ściśliwy obiekt, np. pęcherz powietrza, cylinder że sprężyna itd.
    Technologia dość prosta i skuteczna że pociągnie auto.
    W stacjonarnym zastosowaniu nie trzeba zbiorników z włókien węglowych – stal da radę. Nie zardzewieje bo ma kontakt tylko z olejem.
    I co najważniejsze nie wymaga technologii z Chin – da się produkować na miejscu.

    Do składowania energii elektrycznej również wynaleziono lepsze rzeczy niż lit. np. hybrydowe akumulatory ołowiowe bez efektu zasiarczania – nie da się ich wprawdzie głęboko rozładować, ale przesunięto punkt pracy dość żeby dało się je w ogóle używać.
    https://en.m.wikipedia.org/wiki/UltraBattery
    Nie jest to zresztą przełom, bo akumulatory z dodatkiem wapnia lub srebra są już na rynku od długiego czasu.

    No i w końcu mamy baterie niklowe. niklowo-żelazowe, niklowo-kadmowe i pokrewne, które produkowano z sukcesem jeszcze za komuny.
    Mają dużą sprawność i bardzo łatwo się je recykluje – łatwiej niż ołów.
    Od czasów komuny rozwiązano problem separatora i wzrostu dendrytów.

  4. JANEK-EMIGRANT says:

    O najbardziej „topowych” akumulatorach Pb w poniższym linku:
    https://fireflyenergy.com/
    Nawet i one nie wytrzymują tzw. głębokiego rozładowania, deklarowana pojemnosć to ok. 38 Wh/kg i 1/2 tej wartosci, jesli chcemy przekroczyć limit 3000 cykli, bo przy 80% to ok. 1000 cykli.
    Do tej pory największą żywotnosć prezentują akumulatory Ni-H2 (niklowo-wodorowe, tu kłania się 'ekonomia wodorowa’) przekraczające z łatwoscią 10 000 pełnych cykli z prądami przekraczającymi 1C ! (Używane w satelitach geostacjonarnych, teleskopie Hubble’a).
    -> Dla bardziej przyziemnych zastosowań pozostaje technologia litowo-jonowa .
    Jakies 2 lata temu już opłacało się „przefazowywanie” konsumpcji – ładowanie w czasie 2-iej taryfy i użytkowanie w szczycie używając falownika (łącznie ze stratami i amortyzacją) wraz z wprowadzeniem opłaty mocowej stało się to jeszcze bardziej opłacalne, gdyż będziemy mieć mniejszą opłatę za maksymalną, możliwą do pobrania moc – po prostu akumulacją scinamy szczyt poboru z sieci inteligentnymi falownikami.
    Na DC to się już od ok. 5-ciu lat opłaca z Li-ion.
    -> Druga możliwosć to akumulacja ciepła w DUŻYCH (rzędu 2…5 m3 ! ) i DOBRZE IZOLOWANYCH (~20 cm izolacji termicznej) zbiornikach na wodę i zużywania jej w miarę możliwosci jako CWU (także do zasilania nią pralek i ZMYWAREK) i ogrzewania lub klimatyzowania.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *