Sem lykilþáttur í nýja orkukerfinu hafa rafgeymisfrumur orkugeymslu séð aukningu á eftirspurn á svæðum eins og reglugerð um net, endurnýjanlega orkunotkun, iðnaðar- og atvinnuorkugeymslu og orkugeymslu heimilanna. Hins vegar stendur þróun hennar frammi fyrir mörgum áskorunum eins og tækni, kostnaði, öryggi og stefnu. Eftirfarandi greining mun einbeita sér að tæknilegum vegáætlun, markaðsmöguleikum, kjarnaáskorunum og framtíðarþróun.
1 Tæknileg leið orkugeymslu rafhlöðufrumna
Sem stendur taka orkugeymsla rafhlöðufrumur aðallega til tæknileiða eins og litíum járnfosfat (LFP), ternary litíum rafhlöður, natríumjónarafhlöður og flæði rafhlöður, hver með mismunandi kosti, galla og atburðarás umsóknar.
Litíum járnfosfat (LFP) rafhlöður eru nú almennur val á orkugeymslumarkaði, með fulltrúafyrirtækjum þar á meðal CATL, BYD og EVE Energy. Kostir LFP rafhlöður eru mikið öryggi, langan hringrás (venjulega yfir 6000 lotur), lítill kostnaður, en tiltölulega lítill orkuþéttleiki (um 160Wh\/kg) og léleg afköst í lágu hitastigsumhverfi. Þess vegna eru LFP rafhlöður mikið notaðar í atburðarásum með miklum öryggiskröfum eins og orkugeymslu orku og iðnaðar- og atvinnuorkugeymslu.
Fulltrúi fyrirtækja eins og LG New Energy og Samsung SDI, Ternary Lithium rafhlöður eru með mikla orkuþéttleika (um það bil 200Wh\/kg) og henta fyrir rými og þyngd viðkvæmar atburðarásir, svo sem orkugeymslu heimilanna og farsíma orkugeymslu tæki. Samt sem áður er kostnaður við ternary rafhlöður tiltölulega mikill og hætta er á hitauppstreymi, þannig að notkun þeirra í stórum stíl orkugeymsluverkefnum er tiltölulega takmörkuð.
Natríumjón rafhlöður eru tæknileið sem hefur komið fram á undanförnum árum og fyrirtæki eins og Catl og Zhongke Haina eru að stuðla að markaðssetningu þeirra. Kostir natríumjónarafhlöður liggja í ríkum auðlindum þeirra (natríumforða er langt umfram litíum), framúrskarandi afköst með lágum hita og litlum tilkostnaði. En enn þarf að bæta orkuþéttleika þess (um það bil 120Wh\/kg) og lífslífið og það hentar nú betur fyrir geymslu með lágum hraða og afrit af aflgjafa.
Rennslisrafhlöður, svo sem vanadíumstreymisrafhlöður, eru leiddar af fyrirtækjum eins og Dalian Rongke og Vanadíum. Stærsti eiginleiki þeirra er öfgafullt löng líftími þeirra (allt að 20 ár) og djúp hleðslu- og losunargeta, sem gerir þá hentugan fyrir langtíma orkugeymslu (4-12 klukkustundir). Hins vegar hafa rennslis rafhlöður mjög litla orkuþéttleika (um það bil 30Wh\/kg), flókin kerfi og mikill kostnaður og eru nú aðallega notaðir við sérstök stórfelld orkugeymsluverkefni.
2 tækifæri til þróunar rafgeymisfrumna orkugeymslu
Global Energy Transition Drives eftirspurn
Með vaxandi hlutfalli endurnýjanlegrar orku (vindorku, ljósritunar) hefur eftirspurn eftir orkugeymslu í raforkukerfinu aukist og orkugeymslu rafhlöður hafa orðið lykillinn að sléttum afköstum.
Stuðningur við stefnumótun frá ýmsum löndum, svo sem „tvöföldu kolefnis“ markmiði Kína, bandaríska IRA frumvarpinu og evrópskum orkugeymslustyrkjum, er að flýta fyrir stækkun orkugeymslu markaðarins.
Stöðugt lækkun kostnaðar og efnahagsleg framför
Kostnaður við litíum járnfosfat rafhlöður hefur lækkað undir $ 80\/kWst og í framtíðinni, með stærðarhagkvæmni og tækniframfarir, mun kostnaður á hvern kilowatt klukkustund (LCO) af orkugeymslukerfum enn frekar lækka.
Gert er ráð fyrir að ný tækni eins og natríumjónarafhlöður nái mælikvarða eftir 2025, sem veitir lægri kostnað val.
Stækkun á nýjum atburðarásum
Orkugeymsla heimilanna: Evrópska orkukreppan hefur knúið eftirspurn eftir sólgeymslukerfi heimilanna, þar sem vörur eins og Tesla Powerwall og BYD rafhlöðukassi sem seljast vel.
Iðnaðar- og atvinnuorkugeymsla: Víðtæking á verðmun á Peak Valley og orkuskömmtunarstefnu stuðlar að fyrirtækjum til að úthluta orkugeymslu og draga úr raforkukostnaði.
Langtíma orkugeymsla: Tækni eins og rennslisrafhlöður og þjöppuð loftorkugeymsla er smám saman beitt í orkugeymslu netstigs.
Tækninýjungar knýr frammistöðu frammistöðu
Hagræðing efniskerfisins: svo sem litíum mangan járnfosfat (LMFP) til að auka orkuþéttleika og kísil kolefni neikvætt rafskaut til að bæta líf hringrásarinnar.
Kerfisaðlögunartækni, svo sem CATL CTP (Cell to Pack) tækni, bætir hagkvæmni hópsins og dregur úr kerfiskostnaði.
3 Kjarnaáskorun orkugeymslu rafhlöðufrumna
Öryggismál
Hættan á hitauppstreymi í litíum rafhlöðum er enn til, sérstaklega í mikilli orkuþéttleika þríhyrnings rafhlöður, sem þarf að bæta í öryggi í gegnum BMS (rafhlöðustjórnunarkerfi), hitaeinangrunarhönnun osfrv.
Þrátt fyrir að rennslisrafhlöður hafi mikið öryggi hefur salta sterka tærleika og þarfnast mikillar þéttingar kerfisins.
Cycle Life and Dotenation
Enn þarf að fínstilla orkugeymslu rafhlöður að hafa þjónustulíf í meira en 10 ár, en enn þarf að fínstilla rotnunarbúnað LFP rafhlöður við hátt hitastig\/vexti.
Hringrásarlíf natríumjónarafhlöður (nú um það bil 3000 lotur) fellur enn undir viðskiptalegum kröfum.
Auðlind og framboðskeðjuáhætta
Framboð lykilefna eins og litíums, kóbalt og nikkel hefur áhrif á geopólitíska þætti (svo sem útflutningshömlur nikkel í Indónesíu og þjóðnýtingu litíumnána í Chile).
Þrátt fyrir að natríumjón rafhlöður forðast litíumsauðlind er þroski iðnaðarkeðjunnar ófullnægjandi, sem gerir það erfitt að skipta um LFP til skamms tíma.
Endurvinnslu- og umhverfisverndarmál
Endurvinnslukerfið á eftirlaunum er ekki enn fullkomið og efnahagsleg skilvirkni endurvinnslu LFP rafhlöðu er tiltölulega lítil (miðað við ternary rafhlöður).
Umhverfisvæn meðferð á efnum eins og salta og skiljum stendur frammi fyrir áskorunum.
4 framtíðarþróun og horfur
Árið 2025 mun LFP ráða og natríumjónarafhlöður taka af
Litíum járnfosfat rafhlöður eru enn yfir 80% af markaðshlutdeild orkugeymslu, en verið er að markaðssetja natríumjónarafhlöður í geymslu svæðisins með lághraða.
2030: Bylting í rafhlöðum á föstu ástandi og langtíma orkugeymslutækni
Semi Solid\/Solid-State rafhlöður auka öryggi og geta farið inn í hágæða orkugeymslumarkaðinn.
Hlutfall rennslisrafhlöður og þjappað loftorkugeymsla á sviði langtíma orkugeymslu hefur aukist.
Stefna og staðlar eru að verða strangari
Lönd munu styrkja öryggisstaðla fyrir orkugeymslu rafhlöður (svo sem UL1973, GB\/T 36276) og stuðla að lág kolefnisframleiðslu (Græn raforkuframleiðsla).
Lóðrétt samþætting iðnaðar keðjunnar flýtir fyrir
Leiðandi fyrirtæki eins og CATL og BYD eru að víkka andstreymis litíumvinnslu og endurvinnslu eftir að byggja upp lokaða framboðskeðju.