Новые аккумуляторные технологии ускорят электрификацию строительной техники.
Внедорожная техника в строительстве, сельском хозяйстве и горнодобывающей промышленности проходит процесс электрификации, обусловленный финансовыми, эксплуатационными и экологическими преимуществами. Однако различные машины значительно различаются по размеру, дальности хода, требованиям к рабочему циклу и другим параметрам, что требует разнообразия вариантов аккумуляторов для удовлетворения потребностей каждой машины.

Какие аккумуляторные технологии в настоящее время используются в этих машинах?

На заре электрификации строительной техники, особенно в строительстве, в небольших, компактных машинах использовались свинцово-кислотные аккумуляторы. Однако с развитием мирового рынка электромобилей и аккумуляторных технологий в машинах теперь широко используются литий-ионные аккумуляторные батареи. В частности, они следуют примеру автомобильного рынка, используя как NMC, так и LFP-аккумуляторы.

Эти технологии обеспечивают хороший баланс плотности энергии, срока службы, скорости зарядки и стоимости, что позволяет широко применять их во многих типах машин. Крайне важно подчеркнуть, что благодаря их использованию на автомобильном рынке, существует развитая инфраструктура цепочки поставок, которую можно использовать для облегчения доступа производителей оригинального оборудования (OEM) к аккумуляторным батареям для разработки и производства машин.

Технологии NMC и LFP хорошо зарекомендовали себя на рынке внедорожной техники и будут продолжать развиваться, особенно по мере их дальнейшего совершенствования и снижения цен. Однако некоторые машины будут предъявлять к своим батареям более высокие требования, чем могут предложить традиционные литий-ионные конструкции, такие как более длительный срок службы, более высокая плотность энергии или более быстрая зарядка.

В таких случаях производителям оригинального оборудования может потребоваться обратиться к новым аккумуляторным технологиям, чтобы восполнить пробел в производительности. В частности, в новом отчете IDTechEx «Аккумуляторы для строительной, сельскохозяйственной и горнодобывающей техники 2026-2036: технологии, игроки и прогнозы» в качестве ключевых технологических вариантов для машин будущего выделяются LTO-аноды, кремниевые аноды, твердотельные батареи и натрий-ионные батареи.

Что могут предложить новые аккумуляторные технологии?

LTO-аноды

В анодах на основе LTO используется активный материал — оксид титаната лития, который может заменить типичный графитовый анод, часто в сочетании с катодом из NMC. Полученная ячейка имеет плотность энергии в три-пять раз ниже, чем ячейка с графитовым анодом, но, что более важно, анод претерпевает очень малые изменения объема во время циклической работы, что обеспечивает превосходный срок службы от 20 000 до 60 000 циклов. Кроме того, это позволяет очень быстро заряжать со скоростью 6–10C.

Это уникальное сочетание параметров производительности делает аноды на основе LTO хорошо подходящими для использования в горнодобывающей технике. Эти машины часто должны работать круглосуточно в течение многих лет, что требует как длительного срока службы, так и быстрой зарядки для минимизации простоев. Кроме того, более крупные машины, такие как используемые в горнодобывающей промышленности, более терпимы к более низким плотностям энергии и могут компенсировать недостатки анодов на основе LTO.

Технология LTO все чаще коммерциализируется в горнодобывающем секторе. Хотя высокое содержание лития в аноде влечет за собой значительно более высокие затраты, иногда достигающие 1000 долларов США за кВт⋅ч, это все же может быть экономичнее, чем многократная замена NMC или LFP батарей в течение всего срока службы машины.

Кремниевые аноды и твердотельные батареи:

И кремниевые аноды, и твердотельные батареи — это технологии, которые стали предметом обширных разработок и исследований для будущего использования на автомобильном рынке. В

кремниевых анодах используется более высокий процент кремния (10% или более) в графитовых анодах, в то время как в твердотельных батареях жидкий электролит типичного литий-ионного элемента заменяется твердым электролитом.
Обе технологии могут обеспечить более высокую плотность энергии, чем типичные элементы, но они также имеют значительные ограничения по сроку службы, которые ограничивают их использование примерно 1000 циклами. В результате, внедорожные приложения будут в основном ориентированы на более компактные машины (где плотность имеет первостепенное значение) с меньшей степенью использования. Это хорошо согласуется с эксплуатационным профилем электрических тракторов в сельском хозяйстве, которые могут работать менее 1000 часов за весь срок службы, но при этом выигрывают от использования батарей высокой плотности для транспортировки плугов и навесного оборудования на большие площади.

Натрий-ионные

батареи становятся потенциально более экономичной альтернативой литий-ионным батареям, поскольку в них используются более распространенные и дешевые материалы, такие как натрий и алюминий, вместо лития и меди соответственно. Натрий-ионные батареи также обеспечивают плотность, аналогичную литий-железо-фосфатным батареям, с потенциалом повышения мощности и срока службы, хотя эти показатели могут сильно различаться в зависимости от конструкции элемента. В результате получается аккумуляторный элемент, который может широко применяться в строительной, сельскохозяйственной и горнодобывающей технике, и ожидается, что его внедрение значительно возрастет в следующем десятилетии.

Обзор рынка IDTechEx:

Отчет IDTechEx «Аккумуляторы для строительной, сельскохозяйственной и горнодобывающей техники 2026–2036: технологии, игроки и прогнозы» подробно рассматривает все упомянутые выше технологии и многое другое, подчеркивая, как мировой рынок аккумуляторов для внедорожной техники вырастет до 45 ГВт·ч к 2036 году. Разработка аккумуляторных технологий, отвечающих потребностям машин в производительности, будет иметь решающее значение для достижения этого прогнозируемого роста на мировом рынке.

В отчете IDTechEx анализируется состояние электрификации в строительном, сельскохозяйственном и горнодобывающем секторах, приводятся технические, экономические и эксплуатационные требования к машинам, сравнительный анализ готовых аккумуляторных продуктов, представленных в настоящее время на рынке, и подробный обзор ключевых аккумуляторных технологий и их актуальности для внедорожной техники.

Представлены подробные 10-летние прогнозы мирового спроса на аккумуляторы для внедорожной техники (в ГВт·ч) и доходов от продажи аккумуляторов (в миллиардах долларов США), с разбивкой по секторам (строительство, сельское хозяйство и горнодобывающая промышленность), типам машин, регионам (США, Китай, Европа и остальной мир) и технологиям аккумуляторов (NMC, LFP, LTO, кремниевые анодные, твердотельные и натрий-ионные).