Alle sprechen von einer neuen Studie, die darlegt, wie die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien für stationäre Energiespeicher seit den 1990er Jahren um 97% gesunken sind. Das ist eine erstaunliche Leistung, aber es wäre ein Fehler, das Gespräch hier aufhören zu lassen. Die neue Studie ist keine Übung im Cheerleading. Stattdessen ist es eine Warnung davor, zu viele Eier in einen Technologiekorb zu legen, und ein Argument dafür, weiterhin neue Chemikalien und Materialien zu erforschen.
Was ist so schlimm an einer Senkung der Kosten für Lithium-Ionen-Akkus um 97 %?
Es ist kein Geheimnis, dass die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien durch den Boden gefallen sind. Die neue Studie lotet die tatsächlich wirkenden Kräfte hinter dem Kostenrückgang aus, wobei der Schwerpunkt auf der Fertigungsseite liegt.
Bisher wurden diese Kräfte aus Datensicht nicht vollständig verstanden, geschweige denn bestätigt. Die Studie verwendet einen neuen quantitativen Modellierungsrahmen, um ein neues Licht auf das Thema zu werfen, der sich an ein Konzept zur Untersuchung der Energietechnologie anlehnt.
Angesichts des rasanten Wachstums des Marktes für Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeicher ist es verlockend anzunehmen, dass Skaleneffekte der größte Faktor waren. Immerhin haben führende Automobilhersteller und Akteure der Energiespeicherung den Markt für Lithium-Ionen-Batterien entsaftet, und Hersteller haben die Nachfrage mit größeren, schnelleren Batteriefabriken gedeckt.
Mehr Batterien, schneller…oder auch nicht
Die Identifizierung der Hauptfaktoren für die Kosten von Lithium-Ionen-Batterien würde CEOs helfen, die Dollars des Privatsektors für zukünftige Investitionen in eine effizientere Richtung zu lenken.
Angesichts der Dringlichkeit von Klimaschutzmaßnahmen könnte die neue Studie den politischen Entscheidungsträgern der Regierung auch dabei helfen, Steuergelder in Billionenhöhe zu steuern, um die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien zu beschleunigen.
Oder nicht, je nachdem. Wenn Skaleneffekte der Hauptfaktor für den Kostenrückgang sind, besteht die Lösung einfach darin, das Volumen und die Geschwindigkeit der Batterieherstellung zu erhöhen. Auch ein effizienteres Arbeiten in der gesamten Batterielieferkette würde helfen.
Die neue Studie kam jedoch zu einem anderen Ergebnis. Die Autoren weisen darauf hin, dass Skaleneffekte eine wichtige Rolle gespielt haben, aber sie führen den Großteil des Kostenrückgangs im Zeitraum zwischen Ende der 1990er und Anfang der 2010er Jahre auf Verbesserungen der Zellladungsdichte zurück.
Mit anderen Worten: Wissenschaft.
Aber was bedeutet das alles?
Die vollständige Studie mit quälend genauen Details finden Sie im Open-Source-Journal der Royal Chemistry Society Energie- und Umweltwissenschaften unter dem Titel, “Determinanten von Kostensenkung bei Lithium-Ionen-Batterietechnologie,” geschrieben von
„Wir stellen fest, dass der größte Anteil der Kostenveränderungen von öffentlicher und privater Forschung und Entwicklung getrieben wurde, die unserer Meinung nach einen Großteil der beobachteten Kostensenkung beigetragen hat, mit einem geringeren Beitrag von Skaleneffekten“, erklären sie.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die für Lithium-Ionen-Technologien zugängliche chemische Vielfalt dazu beitragen könnte, ihre schnelle Verbesserung zu erklären. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass diese Vielfalt bei entsprechender Politik und Investitionen Chancen bieten könnte, die Kosten elektrochemischer Speichertechnologien weiter zu verbessern und zu senken“, fügen sie hinzu.
„Allerdings ist möglicherweise eine öffentliche Ordnung erforderlich, um eine vorzeitige Blockierung zu vermeiden, die sich aus Marktkräften ergeben kann, die etablierte Technologien begünstigen.“ sie schließen (Hervorhebung hinzugefügt).
Bingo!
Was könnte besser sein, als die Kosten von Lithium-Ionen-Akkus um 97 % zu senken?
Alles in allem plädiert die Studie dafür, die Investitionen in die Batterieforschung und -entwicklung, sei es Lithium-Ionen oder eine neue Chemie, weiter zu erhöhen, als die effektivste Strategie, um die Kosten für batterieartige Energiespeicher weiter zu senken.
Dabei weisen die Autoren auch auf besonders bedeutsame Schwerpunkte hin. Nach ihren Modellen sind etwa 23% des Großteils der Kostensenkung auf eine Erhöhung der Kathodenladekapazität zurückzuführen, die sich fast verdoppelte.
„Diese nahezu Verdoppelung ist die Folge vieler Verbesserungen, einschließlich der Steigerung sowohl der reversiblen spezifischen Ladungs- als auch der Ladungsdichtefähigkeit von aktiven Elektrodenmaterialien, die ein wesentlicher Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsbemühungen waren“, schreiben sie.
Die Autoren weisen darauf hin, dass neben Lernkurven und anderen Faktoren auch Verbesserungen in den Herstellungsprozessen einen Unterschied machten.
Nachhaltige Energiespeicherung: Es ist nicht nur die Batterie
Die Studie konzentriert sich wie ein Laser auf die Herstellungskosten von Lithium-Ionen-Batterien in der Vergangenheit, aber auch andere politische Fragen müssen angegangen werden, wenn Lithium-Ionen-Batterien die Zukunft bestimmen sollen.
Die Beschaffung von Lithium für Lithium-Ionen-Batterien kann ein Alptraum für Umwelt und Menschenrechte sein, wenn sie nicht richtig geregelt wird. Hier in den USA, Lithiumabbau gerät auch in Konflikt mit indigenen Kulturen. Alternative, schonendere Lithium-Beschaffungsmethoden sind in der Entwicklung, aber die vollständige Kommerzialisierung ist noch Jahre entfernt.
Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien wird eine weitere harte Nuss, die es zu knacken gilt. Die weltweite Batterierecycling-Industrie beschäftigt sich seit Jahren mit den wiederaufladbaren Batterien, die für Geräte im kleinen bis winzigen Bereich verwendet werden. Umrüsten und Hochskalieren für die Automobil- und Energiespeicherindustrie werden ein enormes Unterfangen sein. Sogar so, die Kosten der Regulierung die globale Recyclingindustrie könnte die Herstellungskosten erhöhen.
Die Wahrscheinlichkeit, dass Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien für die Lebenszykluskosten verantwortlich gemacht werden, steigt, und dies könnte die Auswirkungen zukünftiger Senkungen der Herstellungskosten dämpfen. Die Weltwirtschaft bewegt sich in Richtung eines Cradle-to-Grave-Modells, bei dem die Auswirkungen von Beschaffung, Entsorgung und Recycling eine bedeutendere Rolle spielen als in der Vergangenheit.
Hersteller und Wirtschaftsingenieure beginnen, Auswirkungen auf den Lebenszyklus in das Produktdesign einzubeziehen, teilweise als Reaktion auf die Verbrauchernachfrage. Auf den Bereich der Batterieenergiespeicher angewendet bedeutet dies, dass neue Chemien einen ganzheitlicheren Ansatz für Nachhaltigkeit demonstrieren müssen, auch wenn die Kosten weiter sinken.
Wie geht es weiter mit Lithium-Ionen-Akkus
Die neue Betonung der Auswirkungen auf den Lebenszyklus hilft beim Aufbau des F&E-Falls von Ziegler, Song und Trancik.
„Die chemische Vielfalt, die der elektrochemischen Energiespeicherung zur Verfügung steht, könnte eine Möglichkeit bieten, den Lock-in zu begrenzen“, schreiben sie. „Die schiere Zahl an Optionen, die elektrochemischen Speichertechnologien zugänglich sind, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Lithium-Ionen-Technologien nicht für jede Anwendung die optimale Option sind.“
Sie argumentieren, dass das Gleichgewicht zwischen F&E-Unterstützung und Marktpolitik bei Lithium-Ionen-Batterien funktioniert hat und dies auch für aufkommende Technologien im Bereich der stationären Energiespeichertechnologie tun könnte.
„Wenn man dafür sorgt, dass Investitionen in die Energiespeicherforschung das Potenzial dieser Vielfalt erkennen und nicht nur auf die heute kostengünstigsten Technologien angewendet werden, könnte ein vorzeitiger Lock-in vermieden werden“, betonen sie.
Da es sich bei dem Thema um stationäre Energiespeicher handelt, ist es erwähnenswert, dass eine neue Energiespeicherchemie vom Batterietyp nicht die einzige Option ist. Neben konzentrierender Solarenergie und anderen thermischen Systemen tauchen auch mechanische Optionen auf, wie zum Beispiel schwerkraftbasierte Energiespeicher.
Vielleicht ist sogar Platz für das bescheidene Schwungrad im glitzernden grünen Energiespeicherfeld der Zukunft. Wenn Sie irgendwelche Gedanken dazu haben, hinterlassen Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.
Fans alternativer Energiespeicher-Chemie kommen derweil besser auf Touren, wenn sie Lithium-Ionen-Batterien schlagen wollen. Im vergangenen Sommer hat das US-Energieministerium einen Fahrplan veröffentlicht, der darauf abzielt, das Land in eine führende Rolle auf dem globalen Markt für Lithium-Ionen-Batterien zu bringen.
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Foto (Screenshot): Banken von stationäre Li-Ionen-Akkus über das US-Energieministerium.
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