Hydrogen vs. Elektriske biler Batterielektriske biler Norges Tekniske Vitenskapsakademi, NTVA 21. januar 2014 Lerchendal gård Teknologi for et bedre samfunn 1
Rekordsalg av elbiler - Dagens Næringsliv 3. sep Voldsom vekst i elbilsalget Aftenposten 11. des Helt elektrisk elbilsalg Bergens Tidende 4 jan Elbilsalget skyter fart Aftenbladet 3. sep Kraftig økning i elbilsalg Nationen 4. des Teknologi for et bedre samfunn 2
10 000 solgte elbiler i 2013-20 000 elbiler i Norge 20 000 nye biler i 2014? Teknologi for et bedre samfunn 3
Teknologi for et bedre samfunn 4
Teknologi for et bedre samfunn 5
Teknologi for et bedre samfunn 6
Innhold Utslipp av klimagasser dagens status Gjennomgang av dagens elbil m/nissan Leaf og Tesla som eksempel Hvordan virker et Li-batteri? Hva begrenser salget av elbiler? Hva bringer fremtiden? Teknologi for et bedre samfunn 7
Lavutslippsutvalget - 2006 Teknologi for et bedre samfunn 9
Lavutslippsutvalget - 2006 Teknologi for et bedre samfunn 10
Klimameldingen 2012 Ha som mål at gjennomsnittlig utslipp fra nye personbiler i 2020 ikke skal overstige et gjennomsnitt på 85 g CO 2 /km Teknologi for et bedre samfunn 11
Dagens elbiler Teknologi for et bedre samfunn 12
Nissan Leaf - Spesifikasjoner Seter: 5 Oppgitt el-rekkevidde: 199 km Tilgjengelig batteri: 22 kwh Toppfart: 145 km/t Pris: 220.000 NOK Teknologi for et bedre samfunn 13
Foto: Odd R. Valmot, Teknisk Ukeblad Teknologi for et bedre samfunn 14
Nissan Leaf battery pack 24 kwh rated capacity (66 Ah) 21 kwh available capacity 300 V nominal voltage 300 kg total weight Energy denisty (80 Wh/kg) 48 battery modules Teknologi for et bedre samfunn 15
Nissan Leaf battery module 4 cells ( 2 in parallell 2 in series) Volume: 2.4 L Weight: 3.8 kg Energy density: 130 Wh Teknologi for et bedre samfunn 16
Nissan Leaf battery cell Nominal voltage 3.75 V Rated capacity: 32.5 Ah Weight: 0.787 kg Energy density 157 Wh/kg Cathode: LiMn (2-x) Ni x O 4 Anode: Graphite Teknologi for et bedre samfunn 17
Henning Lohse-Busch, ANL: 2012 DOE Hydrogen Program and Vehicle Technologies Annual Merit Review May 15, 2012 Teknologi for et bedre samfunn 18
Tesla Model S - Spesifikasjoner Seter: 5 Oppgitt el-rekkevidde: 480 km Tilgjengelig batteri: 85 kwh Toppfart: 210 km/t Pris: 461.000 NOK Teknologi for et bedre samfunn 19
Tesla Model S battery pack Teknologi for et bedre samfunn 20
Tesla Model S battery pack 7104 cells in 16 modules, 6 groups in series 85 kwh capacity 405 V nominal voltage 550kg (estimate) 155 Wh/kg 7104 individual cells Teknologi for et bedre samfunn 21
Tesla Model S battery cell Panasonic NCR 18650A 3.6 V Weight: 45.5 g 11.2 Wh 245 Wh/kg NCA (LiNiCoAlO 2 (LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) ) Teknologi for et bedre samfunn 22
Hvordan virker et Li-batteri? Illustrasjon: Lina Merit Jacobsen, TU Teknologi for et bedre samfunn 23
Materials development for Li-Batteries e - Cathode Li + Anode Cathode Material Average Voltage Gravimetric Capacity LiCoO2 3.7 V 140 mah/g LiMn2O4 4.0 V 100 mah/g LiFePO4 3.3 V 150 mah/g Li2FePO4F 3.6 V 115 mah/g Anode Material Graphite (LiC6) Average Voltage Gravimetric Capacity 0.1-0.2 V 372 mah/g Li4Ti5O12 1-2 V 160 mah/g Si (Li4.4Si) 0.5-1 V 4212 mah/g Ge (Li4.4Ge) 0.7-1.2 V 1624 mah/g Teknologi for et bedre samfunn 24
Degradation phenomena in Lithium batteries Teknologi for et bedre samfunn 27
Effect of temperature and depth of discharge (DoD) t 1/2 dependency Logarithmic trend with DoD Arrhenius T dependency Teknologi for et bedre samfunn 30
Hva nå? Hva begrenser salget av elbiler? Hvordan vil batteriteknologien utvikle seg? Når vi utslippsmålene? Hva med hydrogen? Teknologi for et bedre samfunn 31
Utvikling og nedtrapping av ladbare bilers virkemidler ZERO November 2013 Teknologi for et bedre samfunn 32
Rekkevidde Teknologi for et bedre samfunn 33
Teknologi for et bedre samfunn 34
Future batteries increased capacity? State of the art Li-ion battery Si-anodes 150-200 Wh/kg 10 x capacity 20 % of battery mass 20% capacity increase LiS cathode 6 x capacity 40% of battery mass 50% capacity increase Maximum energy density increase of ~100% 300-400 Wh/kg? Cost? Safety? Teknologi for et bedre samfunn 35
McKinsey & Company. (2012). Battery technology charges ahead. McKinsey Quarterly Teknologi for et bedre samfunn 36
McKinsey & Company. (2012). Battery technology charges ahead. McKinsey Quarterly Teknologi for et bedre samfunn 37
McKinsey & Company. (2010). A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based analysis. Teknologi for et bedre samfunn 38
Future batteries Expect Decrease in cost and increase of capacity, but not necessary both on the same time! 2.0 1.8 1.6 1.4 Battery Cost 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Battery Capacity Teknologi for et bedre samfunn 39
Infrastruktur Teknologi for et bedre samfunn 40
Teknologi for et bedre samfunn 41
Bilprodusentene har tenkt på dette i 20 år Teknologi for et bedre samfunn 42
Når vi utslippsmålene? Teknologi for et bedre samfunn 43
CO2-utslipp fra nybilsalget Teknologi for et bedre samfunn 44
Andel elbiler Scenario: 35% av alle biler som selges i 2030 er elbiler. 20% i 2020. Teknologi for et bedre samfunn 45
CO2-utslipp fra nybilsalget i 2020 104 g - 20% elbiler, likt utslipp fra fossilbiler 91g - 20% elbiler, 2% årlig reduksjon i utslipp 85g - 20% elbiler, 3% årlig reduksjon i utslipp Teknologi for et bedre samfunn 46
Lavutslippsutvalget Scenario for innfasing av BEV og FCEV. Fra NorWays-prosjektet (2009) Teknologi for et bedre samfunn 47
Konklusjon Batteribiler er her og kan (i Norge) konkurrere med fossilbiler Pris og rekkevidde vil bli bedre, men ikke forvent dramatiske endringer Både batteribiler og hydrogenbiler trengs for å nå utslippsmålene i 2050. Fordelingen av batteribiler/hydrogenbiler er avhengig av pris og anvendelighet Ikke la "Det beste være det godes verste fiende" F. Voltaire Teknologi for et bedre samfunn 48
Takk for oppmerksomheten Teknologi for et bedre samfunn 49 Teknologi for et bedre samfunn