Com a component clau del nou sistema energètic, les bateries d’emmagatzematge d’energia han experimentat un augment de la demanda en àrees com la regulació de la xarxa, el consum d’energia renovable, l’emmagatzematge d’energia industrial i comercial i l’emmagatzematge d’energia de la llar. Tot i això, el seu desenvolupament encara s’enfronta a diversos reptes com la tecnologia, el cost, la seguretat i les polítiques. La següent anàlisi se centrarà en el full de ruta tecnològic, les oportunitats de mercat, els reptes bàsics i les tendències futures.
1 La ruta tècnica de les cèl·lules de la bateria d'emmagatzematge d'energia
Actualment, les cèl·lules de bateries d’emmagatzematge d’energia adopten principalment rutes tecnològiques com el fosfat de ferro de liti (LFP), les bateries de liti ternari, les bateries d’ions de sodi i les bateries de flux, cadascuna amb diferents avantatges, desavantatges i escenaris d’aplicació.
Les bateries de fosfat de ferro de liti (LFP) són actualment l’opció principal al mercat d’emmagatzematge d’energia, amb empreses representatives com CATL, BYD i EVE Energy. Els avantatges de les bateries de LFP són una alta seguretat, una vida de cicle llarga (normalment més de 6.000 cicles), una densitat d’energia de baix cost, però relativament baixa (aproximadament 160Wh\/kg) i un mal rendiment en entorns de baixa temperatura. Per tant, les bateries LFP s’utilitzen àmpliament en escenaris amb requisits alts de seguretat com ara l’emmagatzematge d’energia de la xarxa elèctrica i l’emmagatzematge d’energia industrial i comercial.
Representades per empreses com LG New Energy i Samsung SDI, les bateries de liti ternari tenen una alta densitat d’energia (aproximadament 200Wh\/kg) i són adequades per a escenaris d’aplicacions sensibles a l’espai i el pes, com ara els dispositius d’emmagatzematge d’energia de la llar de gamma alta i dispositius d’emmagatzematge d’energia mòbil. Tot i això, el cost de les bateries ternàries és relativament elevat i hi ha un risc de despreniment tèrmic, de manera que la seva aplicació en projectes d’emmagatzematge d’energia a gran escala és relativament limitada.
Les bateries d’ions de sodi són una ruta tecnològica sorgida en els darrers anys, i empreses com Catl i Zhongke Haina promouen la seva comercialització. Els avantatges de les bateries d’ions de sodi es troben en els seus recursos abundants (les reserves de sodi superen amb escreix el liti), un excel·lent rendiment de baixa temperatura i un potencial de baix cost. Però la seva densitat energètica (aproximadament 120Wh\/kg) i la vida del cicle encara han de millorar encara més, i actualment és més adequada per a escenaris d’emmagatzematge d’energia i còpia de seguretat de baixa velocitat.
Les bateries de flux, com les bateries de flux de vanadi, estan dirigides per empreses com Dalian Rongke i el vanadi. La seva característica més gran és la seva vida útil ultra llarga (fins a 20 anys) i les capacitats de càrrega i descàrrega profunda, cosa que les fa adequades per a l'emmagatzematge d'energia a llarg termini (4-12 hores). Tot i això, les bateries de flux tenen una densitat d’energia extremadament baixa (uns 30Wh\/kg), sistemes complexos i costos elevats, i actualment s’utilitzen principalment per a projectes específics d’emmagatzematge energètic a gran escala.
2 oportunitats per al desenvolupament de cèl·lules de bateries d'emmagatzematge d'energia
La transició energètica global impulsa el creixement de la demanda
Amb la proporció creixent d’energia renovable (energia eòlica, fotovoltaica), la demanda d’emmagatzematge d’energia a la xarxa elèctrica ha augmentat i les bateries d’emmagatzematge d’energia s’han convertit en la clau per suavitzar la potència.
El suport polític de diversos països, com ara l’objectiu de “doble carboni” de la Xina, el projecte de llei de l’IRA dels Estats Units i les subvencions europees d’emmagatzematge d’energia, està accelerant l’expansió del mercat d’emmagatzematge d’energia.
Reducció de costos contínues i millora econòmica
El cost de les bateries de fosfat de ferro de liti ha baixat per sota de 80 dòlars\/kWh i, en el futur, amb economies d’escala i avenços tecnològics, el cost per quilowatt hora (LCOs) de sistemes d’emmagatzematge d’energia disminuirà encara més.
S’espera que les noves tecnologies com les bateries d’ions de sodi aconsegueixin una escala després del 2025, proporcionant alternatives de menor cost.
Expansió d’escenaris d’aplicació emergents
Emmagatzematge d’energia de la llar: la crisi energètica europea ha impulsat la demanda de sistemes d’emmagatzematge solar de les llars, amb productes com Tesla Powerwall i BYD Battery Box que ven bé.
Emmagatzematge d’energia industrial i comercial: l’ampliació de la diferència de preus de la vall i les polítiques de racionament d’energia promouen les empreses per assignar l’emmagatzematge d’energia i reduir els costos d’electricitat.
Emmagatzematge d’energia a llarg termini: tecnologies com les bateries de flux i l’emmagatzematge d’energia d’aire comprimit s’apliquen gradualment a l’emmagatzematge d’energia a nivell de xarxa.
La innovació tecnològica impulsa la millora del rendiment
Optimització del sistema de materials: com el fosfat de ferro de manganès de liti (LMFP) per augmentar la densitat d’energia i l’elèctrode negatiu del carboni de silici per millorar la vida del cicle.
La tecnologia d’integració del sistema, com la tecnologia CATL CTP (Cell to Pack), millora l’eficiència d’agrupament i redueix els costos del sistema.
3 El repte principal de les cèl·lules de la bateria d'emmagatzematge d'energia
Problemes de seguretat
Encara existeix el risc de desbordament tèrmic en les bateries de liti, especialment en les bateries ternàries d’alta energia, que cal millorar en seguretat mitjançant BMS (sistema de gestió de bateries), disseny d’aïllament tèrmic, etc.
Tot i que les bateries de flux tenen una gran seguretat, l’electròlit té una forta corrosivitat i requereix un alt segellat del sistema.
Cicle de vida i atenuació
Les bateries d’emmagatzematge d’energia han de tenir una vida útil de més de 10 anys, però encara s’ha d’optimitzar el mecanisme de decadència de les bateries LFP a temperatures\/taxes altes.
La vida ciclista de les bateries d’ions de sodi (actualment uns 3000 cicles) encara no té els requisits comercials.
Riscos de la cadena de recursos i de subministrament
El subministrament de materials clau com el liti, el cobalt i el níquel està afectat per factors geopolítics (com ara restriccions d’exportació de níquel a Indonèsia i nacionalització de mines de liti a Xile).
Tot i que les bateries d’ions de sodi eviten la dependència dels recursos de liti, la maduresa de la cadena de la indústria és insuficient, cosa que dificulta la substitució de la LFP a curt termini.
Problemes de reciclatge i protecció ambiental
El sistema de reciclatge de bateries retirat encara no és perfecte i l'eficiència econòmica del reciclatge de bateries LFP és relativament baixa (en comparació amb les bateries ternàries).
El tractament respectuós amb el medi ambient de materials com els electròlits i els separadors afronta reptes.
4 Tendències i perspectives futures
Cap al 2025, LFP dominarà i les bateries d’ions de sodi s’enlairaran
Les bateries de fosfat de ferro de liti encara representen més del 80% de la quota de mercat d’emmagatzematge d’energia, mentre que les bateries d’ions de sodi s’estan comercialitzant al camp d’emmagatzematge d’energia de baixa velocitat.
2030: avenç en bateries d’estat sòlid i tecnologia d’emmagatzematge d’energia a llarg termini
Les bateries semi sòlides\/sòlides milloren la seguretat i poden entrar al mercat d’emmagatzematge d’energia de gamma alta.
La proporció de bateries de flux i l’emmagatzematge d’energia d’aire comprimit en el camp de l’emmagatzematge d’energia a llarg termini ha augmentat.
Les polítiques i els estàndards són cada cop més estrictes
Els països reforçaran els estàndards de seguretat de les bateries d’emmagatzematge d’energia (com UL1973, GB\/T 36276) i promouran la fabricació de baixes en carboni (producció d’electricitat verda).
La integració vertical de la cadena industrial s’accelera
Empreses líders com CATL i BYD s’estenen aigües amunt de la mineria de liti i el reciclatge aigües avall per construir una cadena de subministrament de llaç tancat.