现在是电池创新的黄金时代吗?

马修的农民 4月12日12月12日(最后更新4月12日,2021 01:23)

电池创新的闪电般的步伐会持续下去吗?欧洲专利局(European Patent Office)和国际能源署(International Energy Agency)的一份报告显示了自2000年以来电池技术创新的巨大增长,并对创新将如何以及在何处继续提供了深入的见解。

现在是电池创新的黄金时代吗?
欧洲专利局的一位发言人说:“我们预计,电池方面的创新将需要进一步上升,与此同时,非电池固定式电力存储方面的创新,特别是更长时间的存储。”信贷:特斯拉

能源储存在千禧年就开始蓬勃发展。2000年,欧洲专利局(EPO)在世界范围内的两个或更多的办事处注册了1029项独特的发明专利,这一措施被称为国际专利家族(IPFs)。2018年,指规数增至7153个,在20年内增加了近7倍。

2005年至2018年,电池相关专利数量增速快于其他类型专利,年均增速为14%。

EPO管理着欧洲大多数国家的专利,包括欧盟内外的国家。该机构与国际能源机构(IEA)合作,进行了研究电池创新用于消费电子、电动汽车和公用事业规模的能源存储。

2000-18年与电池组应用相关的国际专利家族数量。资料来源:欧洲专利局

EPO的一位发言人告诉我们:“尽管目前91%的固定能量存储是通过抽水水电实现的,但我们预计固定电池技术的创新将有显著增长。

“随着可变可再生电力份额的上升,对固定存储的要求将变得更加多样化和高要求,我们预计电池的创新将需要进一步增加,与此同时,非电池固定存储的创新,特别是更长时间的存储。”

其中任何一个领域的创新都能使所有市场受益。例如,电池电池制造和工程的专利活动在过去十年中增长了三倍。2018年,与电池相关的IPFs中有一半涉及制造和工程。

EPO/IEA的报告指出,价格下降趋势证明了不同应用程序之间的协同作用。它继续写道:“例如,特斯拉跑车(Tesla Roadster)于2008年推出,这是第一款使用锂离子电池的高速公路合法批量生产的全电动汽车。

”在接下来的10年,改进电池满足广泛的全电动汽车和插电式混合动力汽车市场上有正面的溢出效应在静止的应用程序,其中许多可以重用修改汽车电池一旦他们达到车辆内的有用的生活。”

绝大多数电池专利来自电动汽车电池技术。2011年,电动汽车电池的专利超过了消费电子产品。从那时起,经济增长普遍加速。“固定用途”电池的增长速度要慢得多。

消费电池和汽车电池对公用事业运营商来说意味着什么

自1995年以来,用于消费电子产品的锂离子电池价格下降了90%,电动汽车的价格自2010年以来也出现了类似的下降。然而,在过去十年中,固定电池的降幅较小,仅为三分之二。

EPO的一位发言人告诉我们:“到目前为止,电池的繁荣是由锂离子电池驱动的,它确实可以为固定应用产生溢出效应(参见Tesla powerwalls)。然而,锂离子电池不是唯一的,也可能不是最好的固定存储技术选择。

特别是,氧化还原液电池在这种情况下是一项重要的技术。重要的是要记住,车辆对能量储存的要求与静止应用的要求大不相同。对于汽车来说,高能量密度是关键,而静止应用主要需要低成本和可扩展性。

“从这个意义上讲,固定电池创新可以从汽车领域的创新中受益于汽车领域的创新,因为可以以较低的稳定应用在网格上的稳定应用成本下部署了对电动汽车有吸引力的技术。因此,我们预计也将在未来,最初专注于移动应用的电池创新将在稍后阶段有利于静止应用。“

“电动汽车电池似乎有可能被广泛用于固定存储。”

为汽车电池生产开发的供应链也有利于固定应用。报告指出:“在中国,2019年大部分电网规模的安装都使用了低碳电池,因为中国政府收紧了电动汽车电池的能量密度要求。这种密度相对较低的技术导致的制造业产能过剩被重新导向电网规模的应用。”

电池管理系统和读取能量水平的传感器也受益于电动汽车的创新。随着电动汽车制造商向综合储能方向发展,电池的保存将成为能源管理系统的关键。电流、温度和负载管理方面的创新似乎有可能渗透到公用事业电池存储领域。

该报告显示,用于固定应用的电池IPFs中,有86%也适用于电动汽车。虽然其中许多可能只是在固定存储方面的附带应用,但电动汽车的兴起无疑将为公用事业规模的运营商带来进一步的创新。

EPO继续说:“电动汽车电池可能会被广泛用于固定存储,要么是在其使用寿命结束时,要么只是因为它们将会大量生产。另一方面,知识(创新)溢出可能来自于减少对不稳定的关键矿产供应链的依赖,以及快速充放电的耐用化学品。”

2019年,所有电池的年需求为200GWh,其中四分之三流向了电动汽车。到2040年,国际能源机构预计电池需求将增加到10千瓦时,但公用事业规模的电力存储将占据更大的市场份额。电池存储吞吐量预计将从2019年的6GW上升到2040年的55GW。随着发展刺激创新,这表明公用规模电池存储的“黄金时代”可能尚未到来。

日本会永远是电池创新之乡吗?

在电池开发方面,日本公司在世界领先地位略胜一筹。188bet怎么更新排名第二的韩国创造的IPFs数量只有日本的一半多一点。

创建最多与电池相关的I188bet怎么更新PF的十大公司包括来自韩国的七家日本公司,LG和三星,以及来自德国的博世。所有这些公司都参188bet怎么更新与了全球,其中几个国家的研发团队在全球范围内运营。但是,松下,丰田,日立,索尼,NEC,日产和东芝的存在使日本成为电池IPF发明的热点。

2000-18学年电池技术专业前25名申请者。资料来源:欧洲专利局

EPO告诉我们:“在这两个国家(日本和韩国)部署电池,与这两个国家采取的能源政策密切相关。如今,我们认识到,虽然韩国拥有与日本类似的电动汽车市场,但它在公用事业规模的电网服务和建筑物表后应用的固定式电池方面处于领先地位。

“韩国的电池部署得到了关税设计的支持,旨在在工商部门的高峰时间转移峰值需求 - 在低负荷小时内充电,与价格折扣和保费​​的高峰时段,与现行零售价格相比,在高峰时段。这些政策措施反映了韩国电网的能源混合以及该国减少排放的特殊性,依赖于化石燃料进口,以实现大量能源需求。“

尽管进行这些创新的日本汽车公司数量众多,但该国在全球电动汽车市场的份额188bet怎么更新仍然很低。日本仅占全球电动汽车销量的2%,而中国占50%。因此,不断增长的中国企业未来可能会涌向电动汽车创新188bet怎么更新,而韩国似乎将超过日本。

尽管美国和中国的经济实力雄厚,但它们的企业都落在了前十名之外188bet怎么更新。日本的主导地位只是在较小的机械能存储领域出现了动摇。在这个领域,欧洲发明家拥有的专利最多,其次是美国。欧洲发明家在热能储存方面也有很大的利益,他们在这方面的专利份额仅略低于日本。

虽然中国公司在前十名之外席位188bet怎么更新,但该国的电动汽车销售量在该国的电池专利中反映出来,主要涵盖电动汽车设计。韩国拥有类似的电动汽车市场,但其研究主要具有先进的固定蓄电和米后面的应用。