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El análisis revela una caída en los costos de las baterías de iones de litio: es posible que se produzcan más caídas pronunciadas


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El precio de las tecnologías de baterías de iones de litio ha disminuido en un 97% desde 1991. Crédito: MIT News. Imagen del gráfico cortesía de los investigadores.

El análisis cuantifica una caída de precios dramática que es paralela a mejoras similares en la energía solar y eólica, y muestra que podrían ser posibles más caídas pronunciadas.

El costo de las baterías recargables de iones de litio que se utilizan para teléfonos, computadoras portátiles y automóviles se ha reducido drásticamente en las últimas tres décadas, y ha sido uno de los principales impulsores del rápido crecimiento de esas tecnologías. Pero intentar cuantificar esa disminución de costos ha producido resultados ambiguos y contradictorios que han obstaculizado los intentos de proyectar el futuro de la tecnología o diseñar políticas útiles y prioridades de investigación.

Ahora, CON Los investigadores han realizado un análisis exhaustivo de los estudios que han analizado la caída de los precios de estas baterías, que son la tecnología recargable dominante en el mundo actual. El nuevo estudio mira hacia atrás más de tres décadas, incluido el análisis de los conjuntos de datos y documentos subyacentes originales siempre que sea posible, para llegar a una imagen clara de la trayectoria de la tecnología.

Los investigadores encontraron que el costo de estas baterías se ha reducido en un 97 por ciento desde que se introdujeron comercialmente por primera vez en 1991. Esta tasa de mejora es mucho más rápida de lo que muchos analistas habían afirmado y es comparable a la de los paneles solares fotovoltaicos, que algunos habían considerado sea ​​un caso excepcional. Los nuevos hallazgos se informan hoy en la revista. Ciencias de la energía y el medio ambiente, en un artículo del postdoctorado del MIT Micah Ziegler y la profesora asociada Jessika Trancik.

Si bien está claro que ha habido una disminución dramática de los costos en algunas tecnologías de energía limpia como la solar y la eólica, dice Trancik, cuando comenzaron a analizar la disminución de los precios de las baterías de iones de litio, “vimos que había un desacuerdo sustancial como a la rapidez con que se redujeron los costos de estas tecnologías “. Surgieron desacuerdos similares al rastrear otros aspectos importantes del desarrollo de la batería, como la densidad de energía en constante mejora (energía almacenada dentro de un volumen dado) y la energía específica (energía almacenada dentro de una masa determinada).

“Estas tendencias son tan importantes para llevarnos a donde estamos ahora, y también para pensar en lo que podría suceder en el futuro”, dice Trancik, profesor asociado en el Instituto de Datos, Sistemas y Sociedad del MIT. Si bien era de conocimiento común que la disminución en los costos de las baterías fue un factor que permitió el reciente crecimiento en las ventas de vehículos eléctricos, por ejemplo, no estaba claro cuán grande había sido esa disminución. A través de este análisis detallado, dice, “pudimos confirmar que sí, las tecnologías de baterías de iones de litio han mejorado en términos de costos, a tasas que son comparables a la tecnología de energía solar, y específicamente a los módulos fotovoltaicos, que a menudo se retrasan como una especie de estándar de oro en innovación de energía limpia “.

Puede parecer extraño que haya tanta incertidumbre y desacuerdo sobre cuánto han disminuido los costos de las baterías de iones de litio y qué factores lo explicaron, pero de hecho, gran parte de la información está en forma de datos corporativos de cerca que es difícil para investigadores para acceder. La mayoría de las baterías de iones de litio no se venden directamente a los consumidores; no puede ir corriendo a la típica farmacia de la esquina para comprar una batería de reemplazo para su iPhone, su PC o su automóvil eléctrico. En cambio, los fabricantes compran baterías de iones de litio y las incorporan a la electrónica y los automóviles. Las grandes empresas como Apple o Tesla compran baterías por millones, o las fabrican ellas mismas, a precios que se negocian o contabilizan internamente, pero nunca se divulgan públicamente.

Además de ayudar a impulsar la electrificación en curso del transporte, nuevas reducciones en los costos de las baterías de iones de litio también podrían aumentar el uso de las baterías en aplicaciones estacionarias como una forma de compensar el suministro intermitente de fuentes de energía limpia como la solar y la eólica. Ambas aplicaciones podrían desempeñar un papel importante para ayudar a frenar las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero que alteran el clima. “No puedo exagerar la importancia de estas tendencias en la innovación de energía limpia para llevarnos a donde estamos ahora, donde comienza a parecer que podríamos ver una rápida electrificación de vehículos y estamos viendo el rápido crecimiento de las tecnologías de energía renovable, Trancik dice. “Por supuesto, hay mucho más por hacer para abordar el cambio climático, pero esto realmente ha cambiado las reglas del juego”.

Los nuevos hallazgos no son solo una cuestión de rastrear la historia del desarrollo de la batería, sino de ayudar a guiar el futuro, señala Ziegler. Al combinar toda la literatura publicada sobre el tema de las reducciones de costos en las celdas de iones de litio, encontró “medidas muy diferentes de la mejora histórica. Y en una variedad de artículos diferentes, los investigadores estaban utilizando estas tendencias para hacer sugerencias sobre cómo reducir aún más los costos de las tecnologías de iones de litio o cuándo podrían cumplir los objetivos de costos “. Pero debido a que los datos subyacentes variaron tanto, “las recomendaciones que estaban haciendo los investigadores podrían ser bastante diferentes”. Algunos estudios sugirieron que las baterías de iones de litio no reducirían el costo lo suficientemente rápido para ciertas aplicaciones, mientras que otros eran mucho más optimistas. Estas diferencias en los datos pueden, en última instancia, tener un impacto real en el establecimiento de las prioridades de investigación y los incentivos gubernamentales.

Los investigadores indagaron en las fuentes originales de los datos publicados y, en algunos casos, encontraron que ciertos datos primarios se habían utilizado en múltiples estudios que luego se citaron como fuentes separadas, o que las fuentes de datos originales se habían perdido en el camino. Y aunque la mayoría de los estudios se han centrado solo en el costo, Ziegler dice que quedó claro que tal análisis unidimensional podría subestimar la rapidez con la que mejoraron las tecnologías de iones de litio; Además del costo, el peso y el volumen también son factores clave tanto para los vehículos como para los dispositivos electrónicos portátiles. Entonces, el equipo agregó una segunda pista al estudio, analizando también las mejoras en estos parámetros.

“Las baterías de iones de litio no se adoptaron porque eran la tecnología menos costosa en ese momento”, dice Ziegler. “Había tecnologías de batería menos costosas disponibles. Se adoptó la tecnología de iones de litio porque te permite poner aparatos electrónicos portátiles en tu mano, porque te permite fabricar herramientas eléctricas que duran más y tienen más potencia, y nos permite construir autos ”que pueden proporcionar un rango de conducción adecuado. “Parecía que mirar dólares por kilovatio-hora solo contaba una parte de la historia”, dice.

Ese análisis más amplio ayuda a definir lo que puede ser posible en el futuro, agrega: “Estamos diciendo que las tecnologías de iones de litio podrían mejorar más rápidamente para ciertas aplicaciones de lo que se podría proyectar con solo mirar una medida de desempeño. Al observar varias medidas, se obtiene esencialmente una imagen más clara de la tasa de mejora, y esto sugiere que tal vez podrían mejorar más rápidamente para aplicaciones donde las restricciones de masa y volumen se relajan “.

Trancik agrega que el nuevo estudio puede desempeñar un papel importante en la formulación de políticas relacionadas con la energía. “Las tendencias de datos publicados sobre las pocas tecnologías limpias que han experimentado importantes reducciones de costos a lo largo del tiempo, la eólica, la solar y ahora las baterías de iones de litio, tienden a ser referenciadas una y otra vez, y no solo en artículos académicos sino en documentos de políticas e industria. informes ”, dice ella. “Muchas conclusiones importantes de política climática se basan en estas pocas tendencias. Por esta razón, es importante hacerlo bien. Existe una necesidad real de tratar los datos con cuidado y mejorar nuestro juego en general al tratar con datos tecnológicos y rastrear estas tendencias “.

“Los costos de las baterías determinan la paridad de precios de los vehículos eléctricos con los vehículos con motor de combustión interna”, dice Venkat Viswanathan, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon, que no estuvo asociado con este trabajo. “Por lo tanto, proyectar la disminución del costo de la batería es probablemente uno de los desafíos más críticos para garantizar una comprensión precisa de la adopción de vehículos eléctricos”.

Viswanathan agrega que “el hallazgo de que las disminuciones de costos pueden ocurrir más rápido de lo que se pensaba anteriormente permitirá una adopción más amplia, aumentará los volúmenes y dará lugar a nuevas disminuciones de costos. … Los conjuntos de datos seleccionados, analizados y publicados con este documento tendrán un impacto duradero en la comunidad “.

Referencia: “Reexamen de las tasas de mejora de la tecnología de baterías de iones de litio y disminución de costos” por Micah S. Ziegler y Jessika E. Trancik, 23 de marzo de 2021, Ciencias de la energía y el medio ambiente.
DOI: 10.1039 / D0EE02681F

El trabajo fue apoyado por la Fundación Alfred P. Sloan.



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