Европа на пути к самостоятельности?
Новый план развития литий-ионных батарей от Фраунгоферского института ISI сосредотачивается на масштабировании деятельности в области производства аккумуляторов до 2030 года и рассматривает технологические варианты, подходы и решения в областях материалов, элементов, производства, систем и переработки. Исследование рассматривает три основных тенденции: производство батарей с оптимизированными показателями производительности, низкой стоимостью и устойчивостью.
Мировой рынок литий-ионных батарей продолжает активно расширяться: к 2023 году объем продаж может впервые превысить отметку в 1 ТВтч. К 2030 году ожидается, что спрос утроится и превысит 3 ТВтч, что имеет множество последствий для отрасли, а также для разработки технологий и требований к батареям. Например, недавние регулятивные требования предписывают устойчивость батарей. Массовое использование литий-ионных батарей в электромобилях выдвинуло вперед вопрос стоимости батарей, при этом технические факторы, такие как энергетическая плотность и запас хода, отошли на второй план.
В этом контексте новый план Фраунгоферского института ISI сосредотачивается на "Перспективах индустриализации до 2030 года", и его анализы основаны в частности на дорожных картах отрасли и других объявлениях, касающихся производства или использования конкретных технологий. План разрабатывался в рамках проекта "BEMA II", финансируемого Федеральным министерством образования и науки (BMBF).
Высокоэнергетические батареи и быстрая зарядка
Исследование первого тренда в направлении создания оптимизированных по производительности батарей показывает, что в ближайшие годы ставятся амбициозные цели развития, направленные на значительное увеличение параметров энергетической плотности и способности к быстрой зарядке. Для некоторых флагманских автомобилей предполагается ускорение зарядки до 4C, что соответствует времени зарядки от 10 до 20 минут. Для достижения этих целей индустрия обращается к высоконикелевым катодам, кремниевым анодам и новым конструкциям ячеек и батарей, изменяющим требования к местоположению, тепловому соединению и характеристикам безопасности. На уровне системы, например, технология 800 В предоставляет новый способ улучшения производительности батареи.
Цель: Снижение стоимости
Вторым ключевым, а возможно, еще более важным трендом является снижение стоимости батарей. По дорожной карте целевой уровень стоимости на уровне батарейного блока остается значительно ниже 100 евро/кВтч, что может означать снижение на 30-50% по сравнению с текущими затратами. Индустрия намерена достичь этого за счет использования материалов без кобальта и никеля, стандартизации ячеек и их интеграции напрямую в батарейный блок. Новые технологии производства также могут способствовать снижению затрат, как за счет оптимизации энергозатрат и затрат на оборудование, так и за счет стандартизации самих заводов. Снижение стоимости батарей также может быть достигнуто путем размещения заводов на более выгодных производственных площадках.
К устойчивым батареям
Третий тренд, производство устойчивых батарей, набирает обороты благодаря Директиве ЕС по батареям, а также увеличивающемуся числу автопроизводителей. Конкретно устойчивость может влиять на множество факторов, начиная с добычи сырья и заканчивая сценариями производства и использования. В следующие годы промышленные разработки, вероятно, будут сосредотачиваться на технологиях ячеек и технологиях производства, некоторые из которых даже сочетают устойчивость, например, низкий углеродный след, с низкой стоимостью. К ним относятся катоды на основе железа и марганца, водные или сухие технологии обработки электродов и использование переработки для восстановления материалов в конце срока службы батареи. Местоположение производства также играет важную роль в устойчивости, под воздействием факторов, таких как доступный энергетический микс и расстояние до предприятий по добыче и переработке вверх и вниз по цепочке производства.
Батареи с четкими профилями и сценариями использования
Три ключевых тренда, представленных в исследовании, могут быть противоречивыми: высокая производительность иногда стоит дорого, а высокий приоритет низкого экологического следа может ограничивать применение некоторых технологий, например. В результате индустрии необходимо диверсифицироваться и производить батареи с четкими профилями и сценариями использования. Производители ячеек, автомобильные OEM, стартапы и их совместные предприятия намерены построить более 10 ТВтч ежегодной производственной мощности ячеек к 2028 году. Если учесть вероятность внедрения и типичные задержки, более реалистичным кажется объем вплоть до 5 ТВтч. Что касается производства активных материалов анода и катода, были объявлены планы около 3 ТВтч к 2028 году, что ближе к прогнозируемому спросу на батареи рынка приложений от 2 до 3,5 ТВтч. Как будет развиваться мощность переработки батарей, пока неясно. Все объявления, сделанные в последние годы, поэтому показывают асимметричную картину вдоль цепочки создания LIB (литий-ионных батарей), где долгое время акцент делался на производстве ячеек. Промышленности еще предстоит нарастить область материалов и компонентов.
Европа на пути к самостоятельности?
Доктор Кристоф Неф, научный координатор исследования, видит, что Европа идет вперед и становится важным участником в мировом производстве батарей: "В Европе есть планы по строительству мощностей производства ячеек на уровне 1,7 ТВтч из-за увеличения производства электромобилей. После корректировок на вероятность внедрения и задержки около 1 ТВтч кажется реалистичным. Цифры для Европы подтверждают глобальную тенденцию к сильному фокусу на проекты и инвестиции в производство ячеек. Цель размещения 30% глобального производства ячеек на европейской почве может быть достигнута."
Однако Кристоф Неф добавляет, что Европа, вероятно, останется слабой в производстве анодных материалов и придется полагаться на импорт. Существуют также другие пробелы, например, в пассивных компонентах ячеек или ключевой технологии фосфата железа и лития, что чрезвычайно важно для низкозатратных батарей. Пока неясно, как будут развиваться производственные мощности и какие производители смогут охватить эту технологию в производстве ячеек. Точно также ни один производитель материалов пока не обязался создавать значительные мощности для силиконовых материалов, которые считаются следующим поколением технологии LIB. Для преодоления этих проблем играют важную роль инвестиции и хорошие условия для инвестирования, а также низкие энергозатраты и квалифицированные кадры. Упрощение бюрократических процессов и сокращение времязатратных процедур, а также улучшение государственных субсидий и механизмов финансирования могли бы помочь привлечь больше промышленных игроков и обеспечить равные условия с неевропейскими странами.