Согласно рыночному отчету IDTechEx «Рынок проточных редокс-батарей 2024-2034: прогнозы, технологии, рынки», по мере роста спроса на эти технологии будут расти и возможности получения дохода для всех участников цепочки создания стоимости. На ранних этапах цепочки создания стоимости участники будут сосредоточены на производстве материалов и компонентов и их поставке разработчикам проточных редокс-батарей.
Электролит
Полная система проточных аккумуляторов состоит из трех основных компонентов: электролита, блока элементов и вспомогательного оборудования (BOP). Наиболее распространенная система проточных аккумуляторов, ванадиевая проточная батарея (VRFB), использует дорогостоящий ванадиевый электролит. В 2021 году горнодобывающие компании поставили 120 000 тонн ванадия по всему миру, 92% которого пошло на производство стали, а на рынок VRFB пришлось 2%. Ключевые компании, такие как Glencore, Largo и Bushveld, отвечают за добычу ванадия и будут играть важную роль в этой части цепочки поставок. Ванадийный электролит составляет приблизительно 30–50% от себестоимости единицы VRFB и будет зависеть от общего размера системы, а также от необходимой продолжительности хранения.
Стопка клеток
Сборка ячейки также составляет значительную часть себестоимости ванадиевых проточных аккумуляторов и включает в себя несколько ключевых компонентов. К ним относятся мембрана, биполярные пластины, электроды, прокладки и герметики. Пожалуй, двумя наиболее дорогими компонентами ванадиево-проточного аккумулятора являются мембрана и биполярные пластины. По мере увеличения количества установок ванадиево-проточных аккумуляторов будет расти и спрос на компоненты и материалы для этих систем.
Схема разборки блока ячеек RFB. Источник: IDTechEx
Мембраны
Функция мембран заключается в предотвращении смешивания двух электролитов в биореакторе (БР) и соприкосновения двух электродов, одновременно обеспечивая поток ионов противоположных полярностей (например, H+). Мембраны обычно обеспечивают баланс между ионной проводимостью и селективностью по отношению к определенным видам ионов. Толщина коммерческих мембран варьируется от 50 до 200 микрон. В БР идеальная мембрана должна обладать хорошей ионообменной способностью и ионной проводимостью, низкой проницаемостью для активных частиц, чтобы предотвратить саморазряд, и химической стойкостью к агрессивным веществам.
В проточных аккумуляторах наиболее часто используются катионообменные мембраны (КОМ). Катионные КОМ могут быть фторированными или нефторированными. Стандартным материалом для фторированных катионных КОМ является перфторсульфоновая кислота (ПФСК), ярким примером которой является Nafion, первоначально производимый компанией DuPont. Они обладают хорошей ионной проводимостью и устойчивостью к кислым средам, хотя и демонстрируют значительную скорость сшивания ванадиевых соединений в проточных аккумуляторах. Некоторые разработчики проточных аккумуляторов в интервью IDTechEx отметили, что они сосредоточили свои усилия в области исследований и разработок на решении этой проблемы и утверждают, что она больше не является недостатком для их технологии. Однако эти материалы остаются конфиденциальными, поскольку они, вероятно, обеспечат коммерческое преимущество. Поэтому ожидается, что катионные КОМ останутся наиболее популярным выбором мембран для систем проточных аккумуляторов, учитывая их комплексные свойства. Однако, как подчеркивается в исследовании IDTechEx, это дорогостоящий компонент сотовой сети, составляющий приблизительно 50% от ее стоимости.
Биполярные пластины
Биполярная пластина повышает структурную стабильность ячейки и позволяет электронам течь от положительного электрода одной полуячейки к отрицательному электроду следующей. В качестве материалов для биполярных пластин обычно используются графит, полимеры, наполненные графитом, титан или сталь. В производстве композитных биполярных пластин могут использоваться связующие вещества, обычно термопласты или термореактивные полимеры, такие как фторполимеры, полиэтилен и полипропилен. Эти связующие вещества обычно составляют 10–20% от состава материала биполярной пластины. Примерами производителей биполярных пластин являются Hycco и Schunk. В конечном итоге, биполярные пластины составляют значительную часть стоимости ячейки.
Перспективы
В течение следующего десятилетия производителям проточных ванадиевых батарей (RFB) будет важно наладить свои цепочки поставок, чтобы удовлетворить растущий спрос на технологии хранения энергии с длительным сроком службы. У участников цепочки создания стоимости появятся всё больше возможностей для поставок материалов и компонентов разработчикам RFB. К ним могут относиться электролиты, мембраны, биполярные пластины или материалы, из которых они состоят, такие как PFSA, графит, графитсодержащие полимеры, титан, сталь, термопласты, термореактивные полимеры и так далее. В то время как электролит составляет от 30% до 50% себестоимости VRFB, мембрана и биполярные пластины составляют от 30% до 50% себестоимости VRFB.
Автор: Конрад Николс, технологический аналитик компании IDTechEx
