Kot ključni sestavni del novega energetskega sistema so baterijske celice za shranjevanje energije opazile porast povpraševanja na območjih, kot so regulacija omrežja, poraba obnovljivih virov energije, industrijska in komercialna shranjevanje energije ter skladiščenje energije v gospodinjstvu. Vendar pa se njen razvoj še vedno sooča z več izzivi, kot so tehnologija, stroški, varnost in politike. Naslednja analiza se bo osredotočila na tehnološki načrt, tržne priložnosti, temeljne izzive in prihodnje trende.
1 Tehnična pot baterijskih celic za shranjevanje energije
Trenutno energijsko shranjevanje baterijskih celic v glavnem sprejemajo tehnološke poti, kot so litijev železni fosfat (LFP), tritijeve baterije, natrijeve ionske baterije in pretočne baterije, vsaka z različnimi prednosti, slabosti in scenariji uporabe.
Litijeve železne fosfatne baterije (LFP) so trenutno glavna izbira na trgu za shranjevanje energije, saj so reprezentativna podjetja, vključno s CATL, BYD in EVE Energy. Prednosti baterij LFP so visoka varnost, dolga življenjska doba cikla (običajno več kot 6000 ciklov), nizke stroške, vendar relativno nizka gostota energije (približno 160Wh/kg) in slaba zmogljivost v nizkotemperaturnih okoljih. Zato se LFP baterije pogosto uporabljajo v scenarijih z visokimi varnostnimi zahtevami, kot so shranjevanje energije za električno omrežje ter industrijsko in komercialno shranjevanje energije.
Ternarne litijeve baterije, ki jih predstavljajo podjetja, kot sta LG New Energy in Samsung SDI, imajo visoko energijsko gostoto (približno 200Wh/kg) in so primerni za scenarije aplikacij, občutljivih na vesolje in težo, kot so vrhunske naprave za shranjevanje energije in mobilne energije. Vendar so stroški trinajnih baterij razmeroma visoki in obstaja tveganje za toplotno pobeg, zato je njihova uporaba v obsežnih projektih za shranjevanje energije razmeroma omejena.
Natrijeve ionske baterije so tehnološka pot, ki se je pojavila v zadnjih letih, podjetja, kot sta CATL in Zhongke Haina, spodbujajo njihovo komercializacijo. Prednosti natrijevih ionskih baterij so v njihovih obilnih virih (natrijeve rezerve daleč presegajo litij), odlične nizkotemperaturne zmogljivosti in nizkocenovni potencial. Toda njena gostota energije (približno 120Wh/kg) in življenjsko dobo cikla je treba še izboljšati, trenutno pa je bolj primerna za scenarije za shranjevanje energije z nizko hitrostjo in rezervno napajanje.
Pretočne baterije, kot so baterije iz vanadijevega pretoka, vodijo podjetja, kot sta Dalian Rongke in Vanadium. Njihova največja značilnost je njihova ultra dolga življenjska doba (do 20 let) in globoke zmogljivosti za polnjenje in odvajanje, zaradi česar so primerne za dolgoročno shranjevanje energije (4-12 ure). Vendar imajo pretočne baterije izjemno nizko energijsko gostoto (približno 30Wh/kg), zapletene sisteme in visoke stroške, trenutno pa se uporabljajo predvsem za posebne obsežne projekte za shranjevanje energije.
2 možnosti za razvoj baterijskih celic za shranjevanje energije
Globalni energetski prehod poganja rast povpraševanja
Z naraščajočim deležem obnovljive energije (vetrna moč, fotovoltaični) se je povpraševanje po shranjevanju energije v električnem omrežju povečalo in baterije za shranjevanje energije so postale ključ do gladke proizvodnje energije.
Politična podpora iz različnih držav, kot so kitajski cilj "dvojni ogljik", ameriški račun IRA in evropske subvencije za shranjevanje energije, pospešuje širitev trga za shranjevanje energije.
Neprekinjeno zmanjšanje stroškov in gospodarsko izboljšanje
Stroški litijevega železovega fosfatnega baterije so padli pod 80 dolarjev/kWh, v prihodnosti pa se bodo z ekonomijo obsega in tehnološkega napredka stroški na kilovatno uro (LCO) sistemov za shranjevanje energije še bolj zmanjšali.
Pričakuje se, da bodo nove tehnologije, kot so natrijeve ionske baterije, dosegle lestvico po letu 2025, kar zagotavlja alternative z nižjimi stroški.
Širitev nastajajočih scenarijev
Shranjevanje energije v gospodinjstvu: Evropska energetska kriza je povišala povpraševanje po sistemih za shranjevanje sončnih gospodinjstev, izdelki, kot sta Tesla Powerwall in BYD, pa se dobro prodajajo.
Industrijsko in komercialno shranjevanje energije: širitev razlike v cenah Peak Valley in politike obremenitve električne energije spodbujajo podjetja za dodelitev shranjevanja energije in zmanjšanje stroškov električne energije.
Dolgoročno shranjevanje energije: Tehnologije, kot so pretočne baterije in shranjevanje stisnjene zračne energije, se postopoma uporabljajo pri shranjevanju energije na ravni omrežja.
Tehnološka inovacija poganja izboljšanje uspešnosti
Optimizacija materialnega sistema: kot je litijev manganov železni fosfat (LMFP) za povečanje energijske gostote in silicijevega ogljikovega negativnega elektrode za izboljšanje življenjske dobe cikla.
Tehnologija integracije sistemske integracije, kot je tehnologija CATL CTP (Cell to Pack), izboljša učinkovitost razvrščanja in zmanjšuje stroške sistema.
3 Jedro izziv baterijskih celic za shranjevanje energije
Varnostna vprašanja
Tveganje za toplotno pobeg v litijevih baterijah še vedno obstaja, zlasti pri visokoenergetskih gostotah ternarnih baterij, ki jih je treba izboljšati z BMS (sistem za upravljanje baterij), zasnovo toplotne izolacije itd.
Čeprav imajo pretočne baterije veliko varnost, ima elektrolit močno jedkorozivnost in zahteva visoko tesnjenje sistema.
Cikla življenje in slabljenje
Baterije za shranjevanje energije morajo imeti življenjsko dobo več kot 10 let, vendar je treba še vedno optimizirati mehanizem propadanja baterij LFP pri visokih temperaturah/stopnjah.
Življenjska življenjska doba natrijevih ionskih baterij (trenutno približno 3000 ciklov) še vedno ne ustreza komercialnim zahtevam.
Tveganja virov in dobavne verige
Na oskrbo ključnih materialov, kot so litij, kobalt in nikelj, vplivajo geopolitični dejavniki (kot sta omejitve izvoza niklja v Indoneziji in nacionalizacija litijevih rudnikov v Čilu).
Čeprav se natrijeve ionske baterije izogibajo odvisnosti od litijevih virov, zrelost industrijske verige ni zadostna, zato je težko kratkoročno nadomestiti LFP.
Vprašanja recikliranja in varstva okolja
Upokojeni sistem za recikliranje baterij še ni popoln, ekonomska učinkovitost recikliranja baterij LFP pa je sorazmerno nizka (v primerjavi s trinalnimi baterijami).
Okoljsko prijazno ravnanje s materiali, kot so elektroliti in ločevalci, se sooča z izzivi.
4 prihodnji trendi in možnosti
Do leta 2025 bo LFP prevladoval in natrijeve ionske baterije bodo vzletele
Litijeve železno fosfatne baterije še vedno predstavljajo več kot 80% tržnega deleža shranjevanja energije, medtem ko se natrijeve baterije tržijo v polju za shranjevanje energije z nizko hitrostjo.
2030: Preboj v trdnih baterijah in dolgoročni tehnologiji za shranjevanje energije
Pollične/trdne baterije povečajo varnost in lahko vstopijo na trg shranjevanja višjega cenovnega razreda.
Delež pretočnih baterij in shranjevanja stisnjene zračne energije na polju dolgoročne shranjevanja energije se je povečal.
Politike in standardi postajajo strožji
Države bodo okrepile varnostne standarde za baterije za shranjevanje energije (na primer UL1973, GB/T 36276) in spodbujale proizvodnjo z nizko emiazol (proizvodnja zelene električne energije).
Vertikalna integracija industrijske verige pospešuje
Vodilna podjetja, kot sta CATL in BYD, razširjajo rudarjenje litija navzgor in recikliranje navzdol, da bi zgradili dobavno verigo zaprte zanke.