元々はロッキーマウンテン研究所のブログであるRMIアウトレットで公開されました
MadelineTyson著
過去数年間のリチウムイオン（Li-ion）バッテリー製造プラントの容量の大幅な増強と、さらなる拡張への短期的な取り組みにより、バッテリーの保管コストは劇的に低下し続けています。コストの低下とパフォーマンスの向上により、エネルギー移行を劇的に加速する新しいバッテリーアプリケーションが可能になります。
多くの投資家、政策立案者、およびシステムプランナーにとって、最も注目を集める価格を超えるパフォーマンス特性は、多くの場合、エネルギー密度や安全性などの指標です。ただし、今後5年間で、バッテリーの劣化（サイクル寿命）を対象とした改善がより重要になる可能性があります。EVの採用を拡大するだけでなく、V2Gサービス、セカンドライフ用途などのバッテリーの新しいアプリケーションを開くためにも重要です。移動性や長期保管に適さなくなったバッテリー用。これらのアプリケーションは、バッテリーの経済性を大幅に変え、これまで未開拓だったバリューチェーンに沿って新たな機会の地平を開く可能性があります。つまり、クリーンエネルギーシステムへの移行を加速するという点で、ゲームチェンジャーになるでしょう。
多くの人が気付いていないのは、リチウムイオン電池には多種多様な電気化学エネルギー貯蔵装置が含まれているということです。 RMIの画期的なバッテリーで説明されているように 報告によると、リチウムイオン電池には多くの種類があり、すべて異なる性能特性とトレードオフがあります。国、研究機関、および製造業者は、より優れた、さらに安価な、主にリチウムイオン電池を追求するための研究開発に多額の投資を行っています。
最近、テスラがその寿命全体で100万マイルを達成できるリチウムイオン電池の化学的性質を開発したという主張について多くの話題が浮上し、劣化性能の劇的な改善を示唆しています。最も明白な影響は、同じバッテリーで100万マイルを運転できること（ロボットタクシーに役立つ機能）ですが、EVバッテリーの寿命の改善は、電化のユースケースを拡大するための他の多くの影響をもたらします。
リチウムイオン電池は、時間、サイクル数、サイクルの深さ、温度など、いくつかの要因によって劣化します。 NMCやNCAカソードケミストリーなど、エネルギー密度に最適化されたリチウムイオン電池は、定期的に完全に放電されると（100％の放電深度）、歴史的にサイクル寿命が短くなります。今日製造されている他の最も一般的なリチウムイオン化学は、リン酸鉄リチウム（LFP）です。これは、はるかに重く、エネルギー密度が低くなりますが（小型車にはあまり適していません）、サイクル寿命が長くなります。
高エネルギー密度のLiイオン化学物質のサイクル寿命の大幅な改善は、EVの急速充電、車両からグリッドへの機能、およびセカンドライフバッテリーの活用を含むより長期間の保管設備の実装に向けた大きな一歩となるでしょう。ただし、これらの改善には課題もあります。
急速充電
急速充電は、EVが現在存在するのと同じ機能と輸送の容易さを提供することが重要であるため、電気モビリティの将来の重要な部分です。ただし、一部の種類のリチウムイオン電池は、急速に充電または放電されると劣化率が高くなります。劣化の深刻さを軽減し、バッテリーの寿命を延ばすカソードと電解質の改善により、急速充電の悪影響が減少します。
Vehicle-to-Grid（V2G）充電
車両が電力網のバランスをとる上で役割を果たすことができるという考えは刺激的ですが、それは課題に満ちています。日産とフィアットの両方がV2Gモデルをテストするためのパイロットに従事しています。この場合も、EVバッテリーは充電と放電のサイクルで減衰します。バッテリー保証プロバイダーは、電力網からの少額の払い戻しと引き換えに、これらの資産のモビリティ機能を減価償却することに関心がありません。
EVバッテリーのサイクリングと寿命の改善がなければ、車両からグリッドへの充電を奨励するために必要な価格設定率はおそらく高すぎるでしょう。このバランシング機能を提供するには、さまざまな追加のエネルギー貯蔵投資が必要になる可能性があります。たとえば、ローカルエネルギー貯蔵と急速充電インフラストラクチャを組み合わせることで、急速充電による需要の急増の影響を緩和しながら、このようなメリットを生み出すことができます。 EVだけで分散型グリッドバランシングまたはローカライズされた復元力を提供できる可能性は、EVバッテリーのパフォーマンスが大幅に向上しない限りあり得ません。
長期間の保存
グリッドに接続されたバッテリープロジェクトの大部分は、短期間のストレージイベントを対象としていますが、バッテリーのコストが下がるにつれて、そのようなプロジェクトの平均期間は2015年の1.5時間から今日は2.2時間に増加しました。追加のエネルギーがプロジェクトにコストを追加するという事実に加えて、リチウムイオンストレージプロジェクトの開発者は、通常、必要なエネルギー量を10〜30パーセントオーバービルドします。この追加容量は、バッテリーが完全に放電される回数を減らすのに役立ち、ある程度の劣化を許容する可能性があります。
さらに、より長い期間の設置では、補助サービスや短期間のエネルギーシフト（15分など）など、可能な場合はより短い期間の機会が優先されることがよくあります。これらの短期市場に対するバッテリー開発者と資産所有者の好みは、グリッドに対するバッテリーの回復力の利点を損なう可能性があります。寿命と性能が優れているバッテリーは、それほど多くのバッファー容量を持っている必要はなく、バッテリーの劣化コストを心配する必要もありません。その結果、より長期間のプロジェクトがインストールされ、バッテリープロジェクトの経済性を大幅に向上させる方法で、完全にインストールされた容量をより頻繁に使用します。システムプランナー、規制当局、投資家は、システムを設計および選択する際にこれらの属性を考慮する必要があります。
長期間保管するためのセカンドライフバッテリー
Li-ion LFPはすでに比較的長いサイクル寿命を持っており、多くのグリッド設置にとって論理的な選択です。ただし、LFPの最終的な最低料金は、コンポーネントの材料費に基づいて約60ドル/ kWhになると予想されます。これは、再生可能エネルギーの浸透率を高めるために必要となる長期の季節的貯蔵のタイプには高すぎる可能性があります。これは、限られた資源の利用可能性で、時には長期間にわたって、冬のピークエネルギー需要に直面する世界のより寒い地域に特に当てはまります。
Form Energyは、10ドル/ kWh未満の資本コストを目標とする革新的な独自技術でこの問題に取り組んできました。最近、同社はGreat River Energyとの150時間の貯蔵プロジェクトを実証する契約に署名しました。これは、エネルギー転換の重要なマイルストーンであり、進歩です。
セカンドライフのリチウムイオン電池は、低コストで必要なしきい値を満たすことができるため、長期間の保管に適したもう1つの経済的なソリューションになる可能性があります。これには、バッテリーの収集、テスト、リサイクル、処理を含むLi-ionエコシステムの構築が必要になります。
現在のリチウムイオン電池は、電池の状態にばらつきがあり、サイクリングの寿命と安全性が劇的に低下するため、セカンドライフアプリケーションの幅広い選択肢に対して現金化するのが難しい場合があります。これまで、セカンドライフのリチウムイオン電池は主に通信塔のレジリエンスアプリケーションに使用されてきましたが、一部の企業はセカンドライフのグリッドアプリケーションをテストしています。より長期間の保管の市場が成熟するにつれて、ユースケースの残りの価値と一致するように再利用されたEVバッテリーの残りのエネルギー含有量に信頼を与えるために、バッテリーの寿命を改善する必要があります。さらに、より少ない化学物質とメーカー間の共有基準に向けたリチウムイオン市場の統合は、セカンドライフ市場がこの問題を追跡して取り組むのに大いに役立ちます。
電力網の将来を見据えたビジョンには、急速充電、車両からグリッドへの機能、およびセカンドライフバッテリーを含む長期間のエネルギー貯蔵が含まれます。これらの新たなユースケースは、寿命が改善されたEVバッテリーによって大幅に加速されます。投資家、システムプランナー、および政策立案者は、ストレージソリューションへのインセンティブと投資を検討する際に、将来のユースケースを可能にするためのサイクリングの影響を考慮する必要があります。これには、ますます標準化され、セカンドライフバッテリーの残りのバッテリー寿命を監視および比較できる堅牢なバッテリーサプライチェーンの構築が含まれる必要があります。