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분석 결과 리튬 이온 배터리 비용 급락 - 추가 하락 가능성 있음

2021-06-16
주제:
배터리 기술, 에너지, 녹색 에너지, 리튬 이온, 배터리 리튬 이온
작성자: DAVID L. 챈들러, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2021년 3월 23일



리튬 이온 배터리 기술의 가격은 1991년 이후 97% 하락했습니다. 출처: MIT News. 연구원의 그래프 이미지 제공.

분석은 태양열 및 풍력 에너지의 유사한 개선과 병행하여 극적인 가격 하락을 수량화했으며 더 가파른 하락이 가능할 수 있음을 보여줍니다.

전화, 노트북 및 자동차에 사용되는 충전식 리튬 이온 배터리의 비용은 지난 30년 동안 급격히 하락했으며 이러한 기술의 급속한 성장을 주도했습니다. 그러나 비용 감소를 정량화하려는 시도는 기술의 미래를 예측하거나 유용한 정책 및 연구 우선 순위를 고안하려는 시도를 방해하는 모호하고 상충되는 결과를 낳았습니다.

이제 MIT 연구원들은 오늘날 세계에서 지배적인 충전식 기술인 이 배터리의 가격 하락을 조사한 연구에 대한 철저한 분석을 수행했습니다. 새로운 연구는 기술의 궤적에 대한 명확한 그림에 도달하기 위해 가능할 때마다 원본 기본 데이터 세트와 문서를 분석하는 것을 포함하여 30년을 되돌아봅니다.

연구원들은 이 배터리의 비용이 1991년 처음 상업적으로 도입된 이후로 97%나 떨어졌음을 발견했습니다. 이러한 개선 속도는 많은 분석가가 주장한 것보다 훨씬 빠르며 일부에서는 예외적인 경우가 됩니다. 새로운 발견은 오늘 MIT 박사후 연구원인 Micah Ziegler와 Jessika Trancik 부교수의 논문으로 에너지 및 환경 과학 저널에 보고되었습니다.

태양열 및 풍력과 같은 일부 청정 에너지 기술에서 극적인 비용 감소가 있었던 것은 분명하지만 Trancik은 리튬 이온 배터리 가격 하락을 조사하기 시작했을 때 "우리는 이러한 기술의 비용이 얼마나 빨리 내려갔는지에 대해서는 상당한 이견이 있었습니다.” 배터리 개발의 다른 중요한 측면을 추적하는 데에도 비슷한 의견 차이가 나타났습니다. 특정 에너지(주어진 질량 내에 저장된 에너지).

MIT 데이터 연구소의 부교수인 트랜식은 "이러한 추세는 우리를 현재 위치에 이르게 하고 미래에 일어날 수 있는 일에 대해 생각하는 데 매우 중요합니다."라고 말합니다. 시스템과 사회. 예를 들어 배터리 비용의 하락이 최근 전기 자동차 판매 증가의 원동력이라는 것은 상식이었지만 그 하락폭이 얼마나 컸는지는 불분명했습니다. 그녀는 이 상세한 분석을 통해 "예, 리튬 이온 배터리 기술이 비용 면에서 태양 에너지 기술, 특히 태양광 모듈에 필적하는 속도로 향상되었음을 확인할 수 있었습니다. 청정 에너지 혁신의 황금 표준으로 여겨집니다.”

리튬이온 배터리 가격이 얼마나 떨어졌는지, 어떤 요인이 이를 설명했는지에 대해 이렇게 큰 불확실성과 이견이 있다는 것이 이상하게 보일 수도 있지만, 사실 많은 정보가 기업 데이터로 기밀 유지가 어려운 형태로 되어 있다. 접근할 수 있는 연구원. 대부분의 리튬 이온 배터리는 소비자에게 직접 판매되지 않습니다. iPhone, PC 또는 전기 자동차용 교체 배터리를 찾기 위해 일반 약국에 갈 수 없습니다. 대신 제조업체는 리튬 이온 배터리를 구입하여 전자 제품과 자동차에 내장합니다. Apple이나 Tesla와 같은 대기업은 협상되거나 내부적으로 설명되었지만 공개되지 않은 가격으로 수백만 달러씩 배터리를 구매하거나 자체 제조합니다.

지속적인 수송의 전기화를 촉진하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 리튬 이온 배터리 비용의 추가 하락은 태양 및 풍력과 같은 청정 에너지원의 간헐적인 공급을 보상하는 방법으로 고정 애플리케이션에서 배터리 사용량을 잠재적으로 증가시킬 수 있습니다. . 두 응용 프로그램 모두 기후 변화 온실 가스의 세계 배출을 억제하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. "자동차의 급속한 전기화와 재생 가능 에너지의 급속한 성장을 볼 수 있는 것처럼 보이기 시작하는 지금 우리가 있는 위치에 도달하기 위해 청정 에너지 혁신에서 이러한 추세의 중요성을 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 에너지 기술”이라고 Trancik은 말합니다. "물론, 기후 변화를 해결하기 위해 해야 할 일이 훨씬 더 많습니다. 하지만 이것은 정말로 게임 체인저였습니다."

새로운 발견은 배터리 개발의 역사를 되짚어보는 문제가 아니라 미래를 안내하는 데 도움이 된다고 Ziegler는 지적합니다. 그는 리튬 이온 전지의 비용 절감을 주제로 출판된 모든 문헌을 종합하여 "역사적 개선에 대한 매우 다른 측정"을 발견했습니다. 그리고 다양한 논문에서 연구자들은 이러한 경향을 사용하여 리튬 이온 기술의 비용을 추가로 줄이는 방법이나 비용 목표를 달성할 수 있는 시기에 대한 제안을 했습니다.” 그러나 기본 데이터가 너무 다양하기 때문에 “ 연구원들이 제시한 권장 사항은 상당히 다를 수 있습니다.” 일부 연구에서는 리튬 이온 배터리가 특정 응용 분야에서 비용이 충분히 빨리 떨어지지 않을 것이라고 제안했지만 다른 연구에서는 훨씬 더 낙관적이었습니다. 이러한 데이터의 차이는 궁극적으로 연구 우선 순위 및 정부 인센티브 설정에 실질적인 영향을 미칠 수 있습니다.

연구자들은 출판된 데이터의 원본 소스를 파헤쳤고, 어떤 경우에는 특정 기본 데이터가 나중에 별도의 소스로 인용된 여러 연구에서 사용되었거나 원래 데이터 소스가 도중에 손실되었음을 발견했습니다. 그리고 대부분의 연구는 비용에만 초점을 맞추었지만 Ziegler는 그러한 1차원 분석이 리튬 이온 기술이 얼마나 빨리 개선되었는지를 과소평가할 수 있다는 것이 분명해졌다고 말했습니다. 비용 외에 무게와 부피도 차량과 휴대용 전자 제품의 핵심 요소입니다. 그래서 팀은 연구에 두 번째 트랙을 추가하여 이러한 매개변수의 개선 사항도 분석했습니다.

"리튬 이온 배터리는 당시 가장 저렴한 기술이었기 때문에 채택되지 않았습니다."라고 Ziegler는 말합니다. “더 저렴한 배터리 기술을 사용할 수 있었습니다. 리튬 이온 기술을 채택한 이유는 휴대형 전자 제품을 손에 넣을 수 있기 때문에 더 오래 지속되고 더 강력한 전동 공구를 만들 수 있고 적절한 주행 거리를 제공할 수 있는 자동차를 만들 수 있기 때문입니다. "킬로와트시당 달러를 보는 것은 이야기의 일부에 불과한 것처럼 느껴졌습니다."라고 그는 말합니다.

이러한 광범위한 분석은 미래에 가능할 수 있는 것을 정의하는 데 도움이 된다고 그는 덧붙였습니다. "우리는 리튬 이온 기술이 한 가지 성능 측정만으로 예상되는 것보다 특정 응용 분야에서 더 빠르게 개선될 수 있다고 말합니다. 여러 측정값을 살펴봄으로써 개선 속도에 대한 기본적으로 더 명확한 그림을 얻을 수 있으며, 이는 질량 및 부피에 대한 제한이 완화된 응용 분야에서 개선 속도가 더 빨라질 수 있음을 시사합니다.”

Trancik은 새로운 연구가 에너지 관련 정책 결정에서 중요한 역할을 할 수 있다고 덧붙였습니다. “시간이 지남에 따라 비용이 크게 절감된 몇 안 되는 청정 기술, 풍력, 태양열, 현재는 리튬 이온 배터리에 대한 발표된 데이터 추세는 학술 논문뿐만 아니라 정책 문서에서도 계속해서 참조되는 경향이 있습니다. 및 업계 보고서"라고 그녀는 말합니다. “많은 중요한 기후 정책 결론이 이러한 몇 가지 경향을 기반으로 합니다. 이러한 이유로 올바른 정보를 얻는 것이 중요합니다. 데이터를 주의 깊게 다루어야 하고 기술 데이터를 처리하고 이러한 추세를 추적하는 데 있어 전반적인 게임 수준을 높여야 합니다.”

"배터리 비용은 내연 기관 차량과 전기 자동차의 가격 동등성을 결정합니다."라고 이 연구와 관련이 없는 Carnegie Mellon 대학의 기계 공학 부교수인 Venkat Viswanathan은 말합니다. "따라서 배터리 비용 감소를 예측하는 것은 아마도 전기 자동차의 채택에 대한 정확한 이해를 보장하는 데 가장 중요한 과제 중 하나일 것입니다."

Viswanathan은 "비용 감소가 이전에 생각했던 것보다 더 빨리 발생할 수 있다는 사실을 발견하면 더 많은 채택을 가능하게 하고 물량을 늘리며 추가 비용 감소로 이어질 것입니다. … 이 백서에서 선별, 분석 및 발표한 데이터 세트는 커뮤니티에 지속적인 영향을 미칠 것입니다.”

참조: 2021년 3월 23일 에너지 및 환경 과학, Micah S. Ziegler 및 Jessika E. Trancik의 "리튬 이온 배터리 기술 개선 및 비용 감소율 재검토".
DOI: 10.1039/D0EE02681F

이 작업은 Alfred P. Sloan 재단의 지원을 받았습니다.