탄소 배출 가스 구동 자동차를 EV로 교체하려면 EV의 가격 프리미엄을 낮추어야합니다. 이는 배터리 비용과 관련이 있습니다. 게티 이미지를 통한 Westend61

전기차 판매 최근 몇 년 동안 가격이 하락하면서 기하 급수적으로 증가했습니다. 그러나 EV 채택은 여전히 높은 스티커 가격 비슷한 가스 차량에 비해 EV의 총 소유 비용은 더 낮습니다.

EV와 내연 기관 차량은 향후 XNUMX 년 안에 스티커 가격에 도달 할 것으로 보인다. 타이밍은 배터리 비용이라는 한 가지 중요한 요소에 달려 있습니다. EV의 배터리 팩은 총 차량 비용의 XNUMX/XNUMX판매 가격에서 가장 중요한 요소입니다.

배터리 팩 가격이 빠르게 떨어졌습니다. 일반적인 EV 배터리 팩은 10-100 킬로와트시 (kWh)의 전기를 저장합니다. 예를 들어, Mitsubishi i-MIEV의 배터리 용량은 16kWh이고 범위는 62 마일이며 Tesla 모델 S는 배터리 용량이 100kWh이고 범위는 400 마일입니다. 2010 년 EV 배터리 팩의 가격은 kWh 당 $ 1,000 이상이었습니다. 그것은 떨어졌다 150 년 kWh 당 $ 2019. 자동차 산업의 과제는 비용을 더 낮추는 방법을 찾는 것입니다.

XNUMXD덴탈의 에너지 부 목표 업계에서는 배터리 팩 가격을 kWh 당 100 달러 미만으로 낮추고 궁극적으로 kWh 당 약 80 달러로 낮추는 것입니다. 이러한 배터리 가격 포인트에서 EV의 스티커 가격은 비슷한 연소 엔진 차량의 스티커 가격보다 낮을 수 있습니다.

가격 교차가 발생하는 시점을 예측하려면 설계, 재료, 노동력, 제조 능력 및 수요와 같은 비용 변수를 설명하는 모델이 필요합니다. 이 모델은 또한 연구원과 제조업체가 배터리 비용을 절감하려는 노력에 집중하고 있음을 보여줍니다. 우리 그룹 Carnegie Mellon University는 EV 배터리 제조의 모든 측면을 설명하는 배터리 비용 모델을 개발했습니다.

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배터리 비용을 분석하는 데 사용되는 모델은 "하향식"또는 "하향식"으로 분류됩니다. 하향식 모델은 주로 수요와 시간에 따라 비용을 예측합니다. 인기있는 하향식 모델 중 하나 배터리 비용 예측 Wright의 법칙은 더 많은 단위가 생산됨에 따라 비용이 감소 할 것으로 예측합니다. 규모의 경제와 시간이 지남에 따라 업계에서 경험하는 경험으로 인해 비용이 절감됩니다.

Wright의 법칙은 일반적입니다. 효과가있다 모든 기술에서예측 가능 태양 전지 패널 비용 감소에 따른 배터리 비용 감소. 그러나 다른 하향식 모델과 마찬가지로 Wright의 법칙은 비용 감소의 원인에 대한 분석을 허용하지 않습니다. 이를 위해서는 상향식 모델이 필요합니다.

전기 자동차 의이 다이어그램에서 섀시를 채우는 큰 회색 블록 인 배터리 팩은 EV의 가격에 모든 구성 요소를 제공합니다.. Getty Images를 통한 Sven Loeffler / iStock

상향식 비용 모델을 구축하려면 배터리를 만드는 데 무엇이 필요한지 이해하는 것이 중요합니다. 리튬-이온 배터리는 양극, 음극, 음극, 양극 및 전해질뿐만 아니라 단자 및 케이스와 같은 보조 구성 요소로 구성됩니다.

각 구성 요소에는 재료, 제조, 조립, 공장 유지 관리 관련 비용 및 간접비와 관련된 비용이 있습니다. EV의 경우, 배터리는 작은 셀 그룹 또는 모듈에 통합 한 다음 팩으로 결합해야합니다.

당사의 오픈 소스, 상향식 배터리 비용 모델 배터리 제조 공정 자체와 동일한 구조를 따릅니다. 이 모델은 배터리 설계 사양, 상품 및 노동 가격, 제조 플랜트 및 장비와 같은 자본 투자 요구 사항, 간접비 및 규모의 경제를 설명하는 제조량을 포함하여 모델에 대한 입력으로 배터리 제조 프로세스에 대한 입력을 사용합니다. 이러한 입력을 사용하여 제조 비용, 자재 비용 및 간접비를 계산하고 해당 비용을 합산하여 최종 비용에 도달합니다.

비용 절감 기회

상향식 비용 모델을 사용하여 배터리 각 부분의 기여도를 총 배터리 비용으로 분류하고 이러한 통찰력을 사용하여 배터리 혁신이 EV 비용에 미치는 영향을 분석 할 수 있습니다. 재료는 총 배터리 비용의 가장 큰 부분 인 약 50 %를 차지합니다. 음극은 재료 비용의 약 43 %를 차지하고 다른 전지 재료는 약 36 %를 차지합니다.

캐소드가 배터리 비용의 가장 큰 구성 요소이기 때문에 캐소드 재료의 개선이 가장 중요한 혁신입니다. 이것은 강한 추진 상품 가격에 대한 관심.

전기 자동차의 가장 일반적인 음극 재료는 니켈 코발트 산화 알루미늄 테슬라 차량에 사용에서 사용되는 니켈 망간 코발트 산화물 대부분의 다른 전기 차량인산 철 리튬 대부분의 전기 버스에서 사용.

니켈 코발트 산화 알루미늄은이 XNUMX 가지 재료 중 에너지 함량 당 비용이 가장 낮고 단위 질량 당 에너지가 가장 높습니다. 배터리 팩을 제작하는 데 더 적은 셀이 필요하기 때문에 높은 단위 에너지 당 에너지 비용이 낮습니다. 이는 다른 전지 재료에 대한 비용을 낮춘다. 코발트는 캐소드 내에서 가장 고가의 재료이므로, 코발트가 적은 이들 재료의 제형은 전형적으로보다 저렴한 배터리로 이어진다.

탭 및 용기와 같은 비활성 셀 재료는 총 셀 재료 비용의 약 36 %를 차지합니다. 이러한 다른 전지 재료는 배터리에 에너지 함량을 추가하지 않습니다. 따라서, 비활성 물질을 감소시키는 것은 에너지 함량을 감소시키지 않으면 서 배터리 셀의 무게 및 크기를 감소시킨다. 이는 다음과 같은 혁신을 통해 셀 설계 개선에 대한 관심을 유도합니다. 테이블 배터리 테슬라가 괴롭히는 사람들 처럼요

배터리 팩 비용은 제조업체가 매년 생산하는 셀 수가 증가함에 따라 크게 감소합니다. 더 많은 EV 배터리 공장 온라인으로와, 규모의 경제와 배터리 제조 및 디자인의 추가 개선은 추가 비용 감소로 이어질 것입니다.

가격 평등으로가는 길

ICE 차량과의 가격 차이에 대한 타임 라인을 예측하려면 배터리 비용의 미래 궤도를 예측해야합니다. 우리는 원자재 비용 절감, 성능 개선 및 제조에 의한 학습 개선으로 80 년까지 팩 비용이 $ 2025 / kWh 미만인 배터리로 이어질 것으로 추정합니다.

배터리가 EV 비용의 XNUMX/XNUMX킬로와트시 당 100 달러의 75kWh 배터리 팩은 약 30,000 달러의 비용이 듭니다. 이로 인해 전기 자동차 스티커 가격이 비슷한 가스 구동 자동차 모델의 스티커 가격보다 낮아질 것입니다.

저자 정보

Venkat Viswanathan, 기계 공학 부교수, 카네기 멜론 대학; 알렉산더 빌스 박사 기계 공학 후보, 카네기 멜론 대학및 Shashank Sripad, Ph.D. 기계 공학 후보, 카네기 멜론 대학

Abhinav Misalkar는 Carnegie Mellon University의 대학원생 인 동안이 기사에 기고했습니다.

이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.