En tant que composant clé du nouveau système énergétique, les cellules de batterie de stockage d'énergie ont connu une augmentation de la demande dans des domaines tels que la régulation du réseau, la consommation d'énergie renouvelable, le stockage d'énergie industriel et commercial et le stockage d'énergie des ménages. Cependant, son développement est toujours confronté à plusieurs défis tels que la technologie, le coût, la sécurité et les politiques. L'analyse suivante se concentrera sur la feuille de route technologique, les opportunités de marché, les défis de base et les tendances futures.
1 La voie technique des cellules de batterie de stockage d'énergie
À l'heure actuelle, les cellules de batterie de stockage d'énergie adoptent principalement des voies technologiques telles que le phosphate de fer au lithium (LFP), les batteries au lithium ternaire, les batteries à ions sodium et les batteries d'écoulement, chacune avec différents avantages, inconvénients et scénarios d'application.
Les batteries au phosphate de fer au lithium (LFP) sont actuellement le choix grand public sur le marché du stockage d'énergie, avec des sociétés représentatives telles que CATL, BYD et EVE Energy. Les avantages des batteries LFP sont une durée de vie à haute sécurité, à long cycle (généralement plus de 6000 cycles), à faible coût, mais à une densité d'énergie relativement faible (environ 160 whg \/ kg) et de mauvaises performances dans des environnements à basse température. Par conséquent, les batteries LFP sont largement utilisées dans des scénarios avec des exigences de sécurité élevées telles que le stockage d'énergie du réseau électrique et le stockage d'énergie industriel et commercial.
Représentés par des entreprises telles que LG New Energy et Samsung SDI, les batteries au lithium ternary ont une densité d'énergie élevée (environ 200 whg \/ kg) et conviennent aux scénarios d'application sensible à l'espace et au poids, tels que le stockage d'énergie domestique haut de gamme et les dispositifs de stockage d'énergie mobile. Cependant, le coût des batteries ternaires est relativement élevé et il existe un risque de running thermique, de sorte que leur application dans des projets de stockage d'énergie à grande échelle est relativement limitée.
Les batteries en ions sodium sont une voie technologique qui a émergé ces dernières années, et des entreprises telles que CATL et Zhongke Haina font la promotion de leur commercialisation. Les avantages des batteries d'ions sodium se trouvent dans leurs ressources abondantes (les réserves de sodium dépassent de loin le lithium), l'excellente performance à basse température et le potentiel à faible coût. Mais sa densité d'énergie (environ 120Wh \/ kg) et sa durée de vie de cycle doivent encore être encore améliorées, et il est actuellement plus adapté aux scénarios d'alimentation à basse vitesse et d'alimentation de secours.
Les batteries de flux, telles que les batteries à flux de vanadium, sont dirigées par des sociétés telles que Dalian Rongke et Vanadium. Leur plus grande caractéristique est leur durée de vie ultra longue (jusqu'à 20 ans) et leurs capacités de charge et de décharge profondes, ce qui les rend adaptées au stockage d'énergie à long terme (4-12). Cependant, les batteries de flux ont une densité d'énergie extrêmement faible (environ 30 whg \/ kg), des systèmes complexes et des coûts élevés, et sont actuellement principalement utilisés pour des projets de stockage d'énergie à grande échelle spécifiques.
2 opportunités pour le développement de cellules de batterie de stockage d'énergie
La transition énergétique mondiale entraîne la croissance de la demande
Avec la proportion croissante d'énergie renouvelable (puissance éolienne, photovoltaïque), la demande de stockage d'énergie dans le réseau électrique a augmenté et les batteries de stockage d'énergie sont devenues la clé pour une puissance lisse.
Le soutien politique de divers pays, tels que l'objectif de «double carbone» chinois, le projet de loi américain de l'IRA et les subventions européennes sur le stockage d'énergie, accélère l'expansion du marché du stockage d'énergie.
Réduction continue des coûts et amélioration économique
Le coût des batteries de phosphate de fer au lithium est tombé en dessous de 80 $ \/ kWh, et à l'avenir, avec des économies d'échelle et des progrès technologiques, le coût par heure de kilowatt (LCO) des systèmes de stockage d'énergie diminuera encore.
Les nouvelles technologies telles que les batteries d'ions sodium devraient atteindre une échelle après 2025, fournissant des alternatives à moindre coût.
Extension des scénarios d'application émergents
Stockage d'énergie des ménages: la crise énergétique européenne a entraîné la demande de systèmes de stockage solaire des ménages, avec des produits tels que Tesla Powerwall et BYD Batter Box se vendant bien.
Stockage d'énergie industriel et commercial: l'élargissement de la différence de prix de pointe et des politiques de rationnement des prix favorise les entreprises pour allouer le stockage d'énergie et réduire les coûts d'électricité.
Stockage d'énergie à long terme: des technologies telles que les batteries d'écoulement et le stockage d'énergie de l'air comprimé sont progressivement appliqués dans le stockage d'énergie au niveau du réseau.
L'innovation technologique entraîne une amélioration des performances
Optimisation du système des matériaux: comme le phosphate de fer au manganèse au lithium (LMFP) pour augmenter la densité d'énergie et l'électrode négative en carbone en silicium pour améliorer la durée de vie du cycle.
La technologie d'intégration du système, comme la technologie CATL CTP (cellule à emballer), améliore l'efficacité du regroupement et réduit les coûts du système.
3 Le défi de base des cellules de batterie de stockage d'énergie
Problèmes de sécurité
Le risque de running thermique dans les batteries au lithium existe toujours, en particulier dans les batteries ternaires à densité à haute énergie, qui doivent être améliorées en matière de sécurité via BMS (système de gestion de la batterie), conception d'isolement thermique, etc.
Bien que les batteries d'écoulement aient une sécurité élevée, l'électrolyte a une forte corrosivité et nécessite un scellement élevé du système.
Vie à vélo et atténuation
Les batteries de stockage d'énergie doivent avoir une durée de vie de plus de 10 ans, mais le mécanisme de désintégration des batteries LFP à des températures \/ taux élevés doit encore être optimisé.
La durée de vie du cycle des batteries d'ions sodium (actuellement environ 3000 cycles) ne redevient pas des exigences commerciales.
Risques des ressources et de la chaîne d'approvisionnement
L'approvisionnement en matériaux clés tels que le lithium, le cobalt et le nickel est affecté par des facteurs géopolitiques (tels que les restrictions d'exportation de nickel en Indonésie et la nationalisation des mines de lithium au Chili).
Bien que les batteries d'ions sodium évitent la dépendance aux ressources au lithium, la maturité de la chaîne de l'industrie est insuffisante, ce qui rend difficile le remplacement de la LFP à court terme.
Problèmes de recyclage et de protection de l'environnement
Le système de recyclage de la batterie à la retraite n'est pas encore parfait et l'efficacité économique du recyclage de la batterie LFP est relativement faible (par rapport aux batteries ternaires).
Le traitement respectueux de l'environnement des matériaux tels que les électrolytes et les séparateurs fait face à des défis.
4 tendances et perspectives futures
D'ici 2025, la LFP dominera et les batteries d'ions sodium décolleront
Les batteries au phosphate de fer au lithium représentent toujours plus de 80% de la part de marché du stockage d'énergie, tandis que les batteries d'ions sodium sont commercialisées dans le champ de stockage d'énergie à basse vitesse.
2030: percée dans les batteries à semi-conducteurs et technologie de stockage d'énergie à long terme
Les batteries semi-solides \/ à semi-conducteurs améliorent la sécurité et peuvent entrer sur le marché du stockage d'énergie haut de gamme.
La proportion de batteries d'écoulement et le stockage d'énergie de l'air comprimé dans le domaine du stockage d'énergie à long terme a augmenté.
Les politiques et les normes deviennent plus strictes
Les pays renforceront les normes de sécurité pour les batteries de stockage d'énergie (comme UL1973, GB \/ T 36276) et favoriseront la fabrication à faible teneur en carbone (production d'électricité verte).
L'intégration verticale de la chaîne industrielle accélère
Les principales sociétés telles que CATL et BYD étendent l'extraction en amont du lithium et le recyclage en aval pour construire une chaîne d'approvisionnement en boucle fermée.