O caminho para veículos elétricos com preços mais baixos de adesivos do que carros a gás - custos de bateria explicados

O caminho para veículos elétricos com preços mais baixos de adesivos do que carros a gás - custos de bateria explicadosSubstituir carros movidos a gás que emitem carbono por EVs exige que os preços dos EVs sejam reduzidos, e isso se resume a uma coisa: custo da bateria. Westend61 via Getty Images

Vendas de veículos elétricos cresceram exponencialmente nos últimos anos, acompanhados pela queda nos preços. No entanto, a adoção de VEs permanece limitada por maior preço da etiqueta relativamente a veículos a gás comparáveis, embora o custo total de propriedade dos VEs é menor.

EVs e veículos com motor de combustão interna provavelmente atingirão a paridade de preço dos adesivos em algum momento da próxima década. O tempo depende de um fator crucial: custo da bateria. A bateria de um EV responde por cerca de um quarto do custo total do veículo, tornando-o o fator mais importante no preço de venda.

Os preços das baterias estão caindo rapidamente. Uma bateria EV típica armazena 10-100 kilowatt-hora (kWh) de eletricidade. Por exemplo, o Mitsubishi i-MIEV tem uma capacidade da bateria de 16 kWh e um alcance de 62 km, e o modelo Tesla S possui uma capacidade da bateria de 100 kWh e um alcance de 400 km. Em 2010, o preço de uma bateria EV foi superior a US $ 1,000 por kWh. Isso caiu para US $ 150 por kWh em 2019. O desafio para a indústria automotiva é descobrir como reduzir ainda mais os custos.

A Objetivo do Departamento de Energia para a indústria é reduzir o preço das baterias para menos de US $ 100 / kWh e, finalmente, para cerca de US $ 80 / kWh. Nesses pontos de preço da bateria, é provável que o preço do adesivo de um EV seja menor do que o de um veículo com motor de combustão comparável.

A previsão de quando essa passagem de preço ocorrerá requer modelos que levem em consideração as variáveis ​​de custo: projeto, materiais, mão de obra, capacidade de fabricação e demanda. Esses modelos também mostram onde pesquisadores e fabricantes estão concentrando seus esforços para reduzir os custos da bateria. O nosso grupo na Universidade Carnegie Mellon, desenvolveu um modelo de custos de bateria que responde por todos os aspectos da fabricação de baterias EV.

De baixo para cima

Os modelos usados ​​para analisar os custos da bateria são classificados como "de cima para baixo" ou "de baixo para cima". Os modelos descendentes preveem o custo com base principalmente na demanda e no tempo. Um modelo popular de cima para baixo que pode custo da bateria previsto é a lei de Wright, que prevê que os custos caiam à medida que mais unidades são produzidas. Economias de escala e a experiência que uma indústria adquire ao longo do tempo reduzem os custos.

A lei de Wright é genérica. Funciona em todas as tecnologias, o que torna possível prever o custo da bateria diminui com base no custo do painel solar. No entanto, a lei de Wright - como outros modelos de cima para baixo - não permite a análise das fontes dos declínios de custos. Para isso, é necessário um modelo de baixo para cima.


Receba as últimas notícias do InnerSelf


A bateria, o grande bloco cinza que preenche o chassi neste diagrama de um carro elétrico, contribui com a maioria de qualquer componente para o preço de um EVA bateria, o grande bloco cinza que preenche o chassi neste diagrama de um carro elétrico, contribui com a maioria de qualquer componente para o preço de um EV. Sven Loeffler / iStock através da Getty Images

Para criar um modelo de custo de baixo para cima, é importante entender o que é necessário para fabricar uma bateria. As baterias de íon de lítio consistem em um eletrodo positivo, o cátodo, um eletrodo negativo, o ânodo e um eletrólito, além de componentes auxiliares, como terminais e revestimento.

Cada componente tem um custo associado aos seus materiais, fabricação, montagem, despesas relacionadas à manutenção da fábrica e custos indiretos. Para EVs, as baterias também precisam ser integradas em pequenos grupos de células ou módulos, que são então combinados em pacotes.

Nossa modelo de custo de bateria de baixo para cima de código aberto segue a mesma estrutura do processo de fabricação da bateria. O modelo usa entradas para o processo de fabricação de baterias como entradas para o modelo, incluindo especificações de design de baterias, preços de commodities e mão-de-obra, requisitos de investimento de capital, como instalações e equipamentos de fabricação, taxas de sobrecarga e volume de fabricação para compensar economias de escala. Ele usa essas entradas para calcular os custos de fabricação, os custos de material e os custos indiretos, e esses custos são somados para chegar ao custo final.

Oportunidades de redução de custos

Usando nosso modelo de custo de baixo para cima, podemos dividir as contribuições de cada parte da bateria no custo total da bateria e usar essas informações para analisar o impacto das inovações da bateria no custo de VE. Os materiais representam a maior parte do custo total da bateria, em torno de 50%. O cátodo responde por cerca de 43% do custo dos materiais e outros materiais celulares por cerca de 36%.

Melhorias nos materiais do cátodo são as inovações mais importantes, porque o cátodo é o maior componente do custo da bateria. Isso impulsiona forte interesse em preços de commodities.

Os materiais catódicos mais comuns para veículos elétricos são óxido de níquel-cobalto e alumínio usado em veículos Tesla, níquel manganês óxido de cobalto usado em a maioria dos outros veículos elétricose fosfato de ferro e lítio usado na maioria dos ônibus elétricos.

O óxido de níquel-cobalto e alumínio tem o menor custo por energia e a maior energia por unidade de massa, ou energia específica, desses três materiais. Um baixo custo por unidade de energia resulta de uma alta energia específica, porque são necessárias menos células para construir uma bateria. Isso resulta em um custo mais baixo para outros materiais celulares. O cobalto é o material mais caro do cátodo; portanto, as formulações desses materiais com menos cobalto geralmente levam a baterias mais baratas.

Os materiais celulares inativos, como guias e contêineres, representam aproximadamente 36% do custo total dos materiais celulares. Esses outros materiais celulares não adicionam conteúdo de energia à bateria. Portanto, a redução de materiais inativos reduz o peso e o tamanho das células da bateria sem reduzir o conteúdo de energia. Isso gera interesse em melhorar o design das células com inovações como baterias tabless como aqueles que estão sendo provocados por Tesla.

O custo da bateria também diminui significativamente com um aumento no número de células produzidas anualmente. Quanto mais fábricas de baterias EV fique online, economias de escala e melhorias adicionais na fabricação e no design de baterias devem levar a reduções de custos adicionais.

Caminho para a paridade de preços

Prever um cronograma para a paridade de preços com veículos ICE exige prever uma trajetória futura dos custos da bateria. Estimamos que a redução nos custos de matérias-primas, as melhorias no desempenho e o aprendizado na fabricação em conjunto provavelmente levem a baterias com custos de embalagens abaixo de US $ 80 / kWh até 2025.

Supondo que as baterias representem um quarto do custo do VE, uma bateria de 100 kWh a US $ 75 por quilowatt-hora gera um custo de cerca de US $ 30,000. Isso deve resultar em preços de adesivos de EV inferiores aos preços de adesivos de modelos comparáveis ​​de carros movidos a gás.

Sobre os Autores

Venkat Viswanathan, Professor Associado de Engenharia Mecânica, Carnegie Mellon University; Alexander Bills, Ph.D. Candidato em Engenharia Mecânica, Carnegie Mellon Universitye Shashank Sripad, Ph.D. Candidato em Engenharia Mecânica, Carnegie Mellon University

Abhinav Misalkar contribuiu para este artigo enquanto ele era um estudante de graduação na Universidade Carnegie Mellon.A Conversação

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

siga InnerSelf on

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Receba as últimas por e-mail

{Emailcloak = off}

DOS EDITORES

Chegou o dia do acerto de contas para o Partido Republicano
by Robert Jennings, InnerSelf.com
O partido republicano não é mais um partido político pró-América. É um partido pseudo-político ilegítimo, cheio de radicais e reacionários, cujo objetivo declarado é perturbar, desestabilizar e…
Por que Donald Trump poderia ser o maior perdedor da história
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Atualizado em 2 de julho de 20020 - Toda essa pandemia de coronavírus está custando uma fortuna, talvez 2, 3 ou 4 fortunas, todas de tamanho desconhecido. Ah, sim, e centenas de milhares, talvez um milhão, de pessoas morrerão ...
Olhos Azuis vs Olhos Castanhos: Como o Racismo é Ensinado
by Marie T. Russell, InnerSelf
Neste episódio de 1992 da Oprah Show, a ativista e educadora anti-racismo premiada Jane Elliott ensinou ao público uma dura lição sobre racismo, demonstrando o quão fácil é aprender preconceito.
Uma mudança virá...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 de maio de 2020) Ao assistir as notícias sobre os eventos na Filadélfia e em outras cidades do país, meu coração está doendo pelo que está acontecendo. Eu sei que isso faz parte da maior mudança que está ocorrendo…
Uma música pode elevar o coração e a alma
by Marie T. Russell, InnerSelf
Eu tenho várias maneiras que eu uso para limpar a escuridão da minha mente quando a vejo penetrar. Uma é a jardinagem, ou o tempo na natureza. O outro é o silêncio. Outra maneira é ler. E um que ...