Secondo il rapporto di mercato di IDTechEx, "Redox Flow Batteries Market 2024-2034: Forecasts, Technologies, Markets", con l'aumento della domanda di queste tecnologie, aumenteranno anche le opportunità di generazione di ricavi per gli operatori lungo tutta la catena del valore. Nelle fasi iniziali della catena del valore, gli operatori si concentreranno sulla produzione di materiali e componenti e sulla loro fornitura agli sviluppatori di batterie a flusso redox.
Elettrolita
Un sistema RFB completo è costituito da tre componenti principali: l'elettrolita, il pacco celle e il sistema ausiliario (BOP). Il sistema RFB più diffuso, il VRFB, utilizza un costoso elettrolita al vanadio. Nel 2021, le aziende minerarie hanno fornito 120.000 tonnellate di vanadio in tutto il mondo, il 92% delle quali è stato destinato alla produzione di acciaio, mentre il mercato dei VRFB ha rappresentato il 2%. Aziende chiave come Glencore, Largo e Bushveld sono responsabili dell'estrazione del vanadio e saranno attori chiave in questa parte della catena di approvvigionamento. L'elettrolita al vanadio rappresenta circa il 30-50% del costo unitario di un VRFB e sarà influenzato dalle dimensioni complessive del sistema e dalla durata di stoccaggio richiesta.
Pila di cellule
L'assemblaggio delle celle rappresenta una parte significativa del costo unitario delle batterie a flusso redox al vanadio (VRFB) e comprende diversi componenti chiave. Tra questi figurano la membrana, le piastre bipolari, gli elettrodi, le guarnizioni e i sigillanti. Probabilmente, i due componenti più costosi di uno stack VRFB sono la membrana e le piastre bipolari. Con l'aumento del numero di installazioni di VRFB, aumenterà anche la domanda di componenti e materiali per questi sistemi.
Vista esplosa dello stack di celle RFB. Fonte: IDTechEx
Membrane
La funzione delle membrane è quella di impedire la miscelazione dei due elettroliti in un bioreattore (BR) e il contatto tra i due elettrodi, consentendo al contempo il flusso di ioni di segno opposto (come H+). Le membrane in genere bilanciano la conduttività ionica con la selettività per le specie. Le membrane commerciali hanno uno spessore che varia da 50 a 200 micron. In un bioreattore, la membrana ideale dovrebbe possedere una buona capacità di scambio ionico e conduttività ionica, una bassa permeabilità alle specie attive per prevenire l'autoscarica ed essere chimicamente resistente alle specie aggressive.
Le membrane più comunemente utilizzate nelle batterie a flusso redox (RFB) sono le membrane a scambio ionico cationico (CEM). Le CEM cationiche possono essere fluorurate o non fluorurate. Il materiale standard per le CEM cationiche fluorurate è l'acido perfluorosolfonico (PFSA), di cui il Nafion, originariamente prodotto da DuPont, è l'esempio principale. Offrono una buona conduttività ionica e resistenza agli ambienti acidi, sebbene presentino tassi di reticolazione delle specie di vanadio non trascurabili nelle RFB. Alcuni sviluppatori di RFB, in interviste con IDTechEx, hanno affermato di aver concentrato i loro sforzi di ricerca e sviluppo sulla mitigazione di questo problema e sostengono che non rappresenti più uno svantaggio per la loro tecnologia. Tuttavia, questi materiali sono rimasti riservati, poiché è probabile che offrano un vantaggio commerciale. Pertanto, si prevede che le CEM cationiche rimarranno la scelta di membrana più diffusa per i sistemi RFB, date le loro proprietà complessive. Tuttavia, come evidenziato nello studio IDTechEx, si tratta di un componente costoso dello stack di celle, che rappresenta circa il 50% del costo totale dello stack.
Piastre bipolari
La piastra bipolare aumenta la stabilità strutturale del pacco celle e consente agli elettroni di fluire dall'elettrodo positivo di una semicella all'elettrodo negativo della successiva. I materiali tipicamente utilizzati per le piastre bipolari includono grafite, polimeri caricati con grafite, titanio o acciaio. Nella produzione di piastre bipolari composite possono essere utilizzati leganti, solitamente termoplastici o polimeri termoindurenti come fluoropolimeri, polietilene e polipropilene. Questi leganti costituiscono in genere il 10-20% della composizione del materiale della piastra bipolare. Esempi di produttori di piastre bipolari includono Hycco e Schunk. In definitiva, le piastre bipolari rappresentano una parte significativa del costo del pacco celle.
Prospettive
Nel prossimo decennio, sarà fondamentale per i produttori di batterie a flusso redox (RFB) aver consolidato le proprie catene di approvvigionamento per soddisfare la crescente domanda di tecnologie di accumulo di energia a lunga durata. Si presenteranno sempre più opportunità per gli attori della catena del valore di fornire materiali e componenti agli sviluppatori di RFB. Questi possono includere elettroliti, membrane, piastre bipolari o i materiali che li compongono, come PFSA, grafite, polimeri caricati con grafite, titanio, acciaio, termoplastici, polimeri termoindurenti e così via. Mentre l'elettrolita rappresenta tra il 30% e il 50% del costo unitario delle RFB, la membrana e le piastre bipolari rappresentano tra il 30% e il 50% del costo unitario delle RFB.
Autore: Conrad Nichols, analista tecnologico presso IDTechEx
