Den följande artikeln är den första i en tvådelad serie och handlar om gränserna för innovation inom litiumjonbatterier. Den andra delen av serien kommer att ta upp framtiden för batterikemier under det kommande decenniet.
De vanliga litiumjonbatterierna, som nu driver en snabbt växande marknad för elfordon, var för bara tio år sedan ett dyrt alternativ. Litiumjonbatteripaket kostade 1 183 US-dollar per kilowattimme 2010. Nio år senare hade priset nästan tiofaldigats till 156 US-dollar/kWh 2019, enligt uppgifter från BloombergNEF.
Den snabba kostnadsminskningen tog batteriexperter på sängen, däribland analytikern James Frith, chef för energilagring på BloombergNEF. ”De har kommit ner snabbare än vad jag har prognostiserat varje år”, sade Frith. ”Det är verkligen överraskande.”
Rebecca Ciez, en postdoktoral forskare vid Princeton University’s Andlinger Center for Energy and the Environment som forskar om batterikostnader, höll med. ”Den senaste nedgången är ganska dramatisk”, sade Ciez. ”Det är förvånande hur marknaden förändrades så snabbt.”
Experter pekade på att en ökad produktion är en av orsakerna till prisfallet och att det finns en ökad innovation inom batterikemi. Tillverkarna har gått bort från vissa dyrare batteriingredienser, som kobolt, samtidigt som de ökar antalet nickeltunga batteridesigns som har blivit billigare att tillverka i takt med att fabrikerna expanderar.
Ciez noterade att för tio år sedan började marknaden för elbilar just att pressas för att bygga bilar och lastbilar på platser där koldioxidutsläppen började regleras, till exempel i Kalifornien. ”Så du hade dessa bilar som uppfyllde kraven där tillverkarna sa: ’Okej, vi måste göra den här RAV4:an eldriven'”, sade Ciez och använde en bil som drivs med fossila bränslen som ett exempel. ”Sedan dess har batterisektorn gjort stora framsteg när det gäller att sänka kostnaderna, genom att ändra material i batterier för att använda billigare och mindre etiskt tvivelaktiga metaller samtidigt som man drar nytta av stordriftsfördelar.
US$100/kWh är den heliga graalen
Fabrikanterna närmar sig en punkt där elbilar kommer att nå kostnadsjämlikhet med sina fossilbränsledrivna kusiner vid cirka 100 US-dollar/kWh, eller kanske lite mindre, enligt experter. Det priset ses allmänt som en vändpunkt i sektorn, där konsumenterna inte längre kommer att betrakta elbilar som dyrare alternativ.
BloombergNEF prognostiserar att batterikostnaderna kommer att sjunka under 100 US-dollar/kWh år 2024 och ligga runt 60 US-dollar/kWh år 2030, sade Frith. På samma sätt har Bernsteins analytiker prognostiserat 2024 som det år då vanliga elfordon når kostnadsparitet med gas- och dieselfordon, medan elfordonsledare inom sektorn kan nå samma punkt 2022 eller 2023.
Och även om detta kommer att åstadkommas utan större innovationer inom litiumjonbatterier, närmar sig den mogna litiumjontekniken snabbt gränserna för hur mycket den kan förbättras, berättade experterna för S&P Global Market Intelligence. En batterikemist, en ledande forskare inom litiumjonbatterier som har bedrivit forskning för en stor elbilstillverkare som är beroende av tekniken, sade att litiumjonbatterier har börjat nå sin maxgräns på vissa fronter som pris, energitäthet och laddningshastighet.
”Det finns ingen gigantisk ökning på väg”, sade kemisten. Ur hans synvinkel kan stegvisa förbättringar vara tillräckliga för att tillfredsställa konsumenterna, medan eventuella batterirevolutioner från obeprövad teknik ligger flera år bort.
”Man kan göra riktigt bra ifrån sig med litiumjonbatterier i dag”, sade han. ”Och genom att hjälpa till att sänka kostnaderna kommer det att förbättra marknadspenetrationen för hela tekniken.”
Venkat Viswanathan, docent vid institutionen för maskinteknik vid Carnegie Mellon University, höll med om att tekniken närmar sig sina gränser. Han räknar med att priserna på litiumjonbatterier fortfarande kan sjunka med 20-30 procent, men att de sannolikt inte kommer att bli mycket billigare.
”Vi närmar oss snabbt gränsen för råvarukostnaderna”, sade Viswanathan.