バッテリーはどこにでもあります。 彼らは私たちの電話、飛行機、ガソリン車、さらにはペースメーカーや他の埋め込み型医療機器を持っている人の場合でさえ、私たちの体の中にいます。
ただし、今後重要になるバッテリーは、Angry Birdsを12時間連続して携帯電話で再生したり、寒い冬の朝に車両を起動したりするのに役立つバッテリーではありません。 世界のエネルギーの見通しを変える可能性のあるバッテリーは、電気自動車に電力を供給し、電力網に蓄電を提供します。
「魔法の杖を振って世界のエネルギー問題を解決できれば、バッテリーを交換するだけで済みます」と、新しいエネルギー技術に投資する投資銀行会社ジェフリーズLLCの副会長、ラルフ・イーズは言います。
エネルギーの問題は、エネルギーが足りないことではありません。 水平掘削や水圧破砕、または「フラッキング」などの新技術は、わずか10年前には想像もできなかった量の化石燃料を解き放ちました。 問題は、私たちのエネルギーの大部分をこれらの化石燃料に依存することは深刻な不健康であり、毎年何百万人もの早死を引き起こし、劇的かつ予測不可能な形で気候を変化させていることです。
しかし、化石燃料は非常に豊富であるという理由だけで、一般的なエネルギー源ではありません。 少ないスペースに多くのエネルギーを保存できるため、人気があります。 バッテリーもエネルギーを貯蔵しますが、ポンド単位の比較では、競争することはできません。 この違いを実証する最も簡単な場所は、車の中です。
ハイブリッドトヨタプリウスのバッテリーには、1ポンドあたり約225ワット時のエネルギーがあります。 それが自動車のバッテリーのエネルギー密度、つまり単位体積または重量あたりに保存できるエネルギーの量です。 そのプリウスのガソリンには1ポンドあたり6, 000ワット時が含まれています。 液体石油燃料と最新のバッテリーとのエネルギー密度の違いにより、7, 200ポンドのシボレーサバーバンは、ガソリンタンクと全電気式の日産リーフで650マイル走行でき、その重量は半分以下です。 、わずか約100マイルの範囲です。
また、アメリカ人の自動車旅行の約80％は40マイル未満しか行かないにもかかわらず、消費者調査では、ドライバーは「遠距離不安」に苦しんでいることが示されています。町の用事。
エネルギー密度は、100年間バッテリーの最高の状態を保っています。 エネルギー密度を高める新しい技術やデザインが登場するたびに、バッテリーの性能のもう1つの重要な側面、たとえば高温での安定性、または放電と再充電の回数に苦しみます。 そして、これらの側面の1つが改善されると、エネルギー密度が低下します。
リン酸鉄リチウム技術が良い例です。 中国メーカーBYDのこれらのバッテリーは、中国南部の電気自動車とハイブリッド車の両方で広く使用されています。 リーフなどの他の電気自動車で一般的なリチウムイオン電池よりも速く充電されますが、エネルギー密度が低くなります。
バッテリー設計のもう1つの非常に重要な側面は、エネルギーを保存する能力を失うことなく、バッテリーを充電および放電できる回数です。 PriusやFordのEscapeハイブリッドなど、10年以上にわたってハイブリッド車の主力製品であったニッケル水素電池（NiMH）は、このカテゴリでうまく機能しています。 フォードモーターカンパニーの高度なバッテリーテクノロジーに取り組んでいるテッドJ.ミラーは、フォードがサンフランシスコの260, 000マイルのタクシーサービスで使用中のエスケープハイブリッドからバッテリーを引き出したと述べています。 。 その耐久性は利点ですが、純粋に電気自動車の場合、NiMHバッテリーは、リチウムイオンバッテリーによって保存されるエネルギーと同量の場合、はるかに重くなります。 余分な重量が車両の射程を低下させます。 NiMHバッテリーは有毒なので、ジュースがなくなったときにゴミ箱に入れないでください。リサイクルする必要があります。 また、ニッケルは将来リチウムよりも不足する可能性があるため、これらのバッテリーはより高価になる可能性があります。
リチウムイオンポリマー電池は、通常のリチウムイオンバージョン（Audiのプロトタイプ車は1回の充電で372マイル移動しました）よりもわずかに高いエネルギー密度を持っていますが、充電と消耗が何度もできないため、耐久性が低くなります。
これらの制限にもかかわらず、自動車を駆動するために設計されたバッテリーは、比較的短い期間で長い道のりを歩んできたことを覚えておく価値があります。ちょうど40年前、今日のハイブリッド車や電気自動車のエネルギー密度の半分未満のバッテリーがエキゾチックな夢と考えられており、さらに改善されるはずです。 「バッテリー容量を2倍にする明確な道筋があります」とFordのMillerは言います。 「それは技術を劇的に変えることなく、プロセスを改善することで、今日の携帯機器で見られるのと同じエネルギー量の高品質の自動車用バッテリーを手に入れることができます。」
このような全電気自動車用のバッテリーは、交通機関を変革し、はるかに気候に優しいものになります。 輸送は、米国の温室効果ガス排出量の約27パーセントを占め、世界全体の排出量の約14パーセントを占めています。 米国の乗用車の95％は石油で走っています。 これらの車やトラックを電気自動車に置き換えることができれば、もし電気が主に石炭から来ていても汚染を大幅に減らすことができれば、エネルギー省は発見した。 これは、内燃エンジンが非常に効率が悪く、燃料のエネルギーの80％を熱に奪う一方で、電気モーターがほとんどすべてのエネルギーを車両の推進に費やしているためです。
バッテリーは、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源から生成されたエネルギーを貯蔵することにより、電気の供給源を変更する役割も果たします。 電力会社がこれらのソースから生成する電力の割合を増やしたため、風力タービンと太陽電池が生成されていない場合、需要を満たすために天然ガス火力発電所が必要であるという指針が原則となっています。 需要が低いときに生成された過剰な再生可能エネルギーをバッテリーに転送し、大幅な損失なしに貯蔵し、需要が増加したときに迅速に排出できる場合、そしてシステムが十分に安ければ、石炭火力発電所の両方の再生可能エネルギーの必要性が不要になります風力発電と太陽光発電に不可欠な天然ガスプラントを交換します。
「エネルギーをタイムシフトできる大容量バッテリーは、ゲームチェンジャーになるでしょう」と、ニューイングランド・クリーン・エネルギー評議会のピーター・ロススタイン会長は言います。
車両はエネルギーをほぼ瞬時に伝達できる比較的コンパクトなバッテリーを必要とするため、グリッドにエネルギーを蓄えるバッテリーは、自動車に搭載されるバッテリーとは異なる要件を持っています。 そのため、電気自動車に電力を供給するのにうまく機能しない技術は、グリッドに電力を蓄えるのに最適です。
リチウム空気電池は、多くの興奮を生み出した比較的新しい技術であり、既存のリチウム電池よりも高いエネルギー密度を持つことができますが、車両の加速に必要な電力ははるかに少なくなります、とフォードのミラーは言います。 「120キロワットの電力容量が必要な場合、リチウム空気を使用すると、その要件を満たすために80〜100キロワット時のバッテリーエネルギーが必要になる場合があります」とMiller氏は説明します。 「これは非常に扱いにくく、非常に大きなバッテリーです。」それは車ではうまく機能しません。FordFocus EVは、23キロワット時のバッテリーで100キロワット以上の電力を消費しますが、風力発電所の隣に座っているとき。
別の有望な開発であるバナジウムフロー電池もエネルギー密度が高く、放電時間が速いため、保管に最適です。 これは、アメリカンバナジウムのCEOであるRon MacDonaldが提案しているアプリケーションです。 「多くの優れたストレージオプションがありますが、どれにも問題があります」とマクドナルドは認めています。 「私たちの問題は常に前払いのコストでした。より高価だからです。」バナジウムフローバッテリーは20年続くことがありますが、「したがって、バッテリーの寿命にわたってコストを見ると、他のほとんどのコストを下回っています」彼は言います。
しかし、いわゆる「スマート」グリッド（高度なアルゴリズムと通信技術を使用して、電力供給と消費者需要の増減に応じて迅速に対応する）と分散ストレージの開発により、おそらくより多くのエネルギー密度の高いバッテリーが必要なくなりました専門家は過去に考えてきました。 車、交通信号灯、および都市の至る所に数万個の小さなバッテリーがあるため、電力会社は理論的には需要が高いときにこれらのバッテリーから電力を引き下げ、数時間後にエネルギーを顧客に返すことができます。
電力会社は、需要の高い時期に一定レベル以上の電気を購入した場合に法外な料金を請求することにより、いつ、どのように人々がエネルギーを使用するかを変えようとするかもしれません。 顧客は、その間、大型の機器を操作したり、電気自動車を充電したりするなどして、システムに高負荷をかけることを推奨しません。 バッテリーのように、そのような慣行は、ユーティリティに課される電力生産のニーズの曲線を平らにします。
「需要への対応は、貯蔵と同様に重要な役割を果たします」と、ロサンゼルスの水道局の電力システム計画および開発部長であるランディ・ハワードは述べています。
それでも、ハワードは、石油とガスの生産者が見たようなタイプの進歩をユーティリティにもたらすバッテリーを見たいと思っています。 「私たちは皆、ある時点でバッテリーの技術的飛躍があることを望んでいますが、それはまだ起こっていません」とハワードは言います。 「私たちは、バッテリーの世界でフラッキングを探しています。」
