Стремглав ръст на иновациите при електрическите батерии

Анализ на Института за енергиен мениджмънт

Днес батериите вече са навсякъде - в нашите телефони, лаптопи и автомобили, но растежът на пазарите за електрически превозни средства и стационарно съхранение на електроенергия ще ги направи още по-важни в бъдеще. Съвременните общества все повече зависят от надеждни доставки на електроенергия, които да бъдат доставени  на необходимото място и в точното време. Тази възможност  има ключова роля за прехода към чиста енергия, тъй като електричеството може лесно да се генерира от възобновяеми източници и да не произвежда емисии в момента на използване.

И все пак електричеството се различава от другите горива, тъй като почти цялото електричество, което използваме, се произвежда само няколко минути преди това. С нарастващото значение на електрическата мобилност от страна на потреблението и на променливите енергийни източници на енергия (т.е. в зависимост от метеорологичните условия) от страна на снабдяването, балансирането на енергийните потоци във времето се превърна в ключово предизвикателство.

Според сценария за устойчиво развитие (SDS) на Международната енергийна агенция (IEA) до 2040 г. ще се необходими близо 10 000 GWh батерии в енергийната система и други форми за съхранение на енергия годишно, в сравнение с около 200 GWh днес. За справяне с това предизвикателство е необходим значителен напредък за намиране на начини за съхранение на електричество в големи количества и на цена, достъпна за доставчици и потребители.

Съглано наскоро публикуван доклад на IEA, повече от 7 000 международни патенти (IPF), свързани със съхранението на електроенергия, са публикувани през 2018 г., в сравнение с 1 029 през 2000 г. Въпреки че от 2000 г. се наблюдава постоянно нарастваща тенденция, от 2005 г. насам има забележимо ускорение, с годишен ръст  от 14% до 2018 г., в сравнение със само 3,5% средно за всички технологични области в икономиката.

Електрохимичните изобретения (т.е. батерии) представляват 88% от цялата патентна дейност в областта на съхранението на електричество, далеч надхвърляйки електрическите (9%), термичните (5%) и механичните (3%) решения.

Понастоящем Li-ion е доминиращата технология за преносима електроника и електрически превозни средства. През 2018 г. иновациите в Li-йонните клетки бяха отговорни за 45% от патентната активност, свързана с клетките на батериите, в сравнение със само 7,3% за клетките, базирани на други химически елементи и съединения. Около 48% са свързани с изобретения, които не са специфични за определен химически елемент или съединения.

Основни лидери при разработването на новите патенти са японски (Panasonic, Toyota, HITACHI, NEC, NISSAN  и др.) и корейски компании (Samsung и LG Electronics). Германската компания Bosch е единственият неазиатски кандидат, който участва в класацията. От 2014-2018 г. Япония е дом на изобретателите на 41% от цялата дейност за патентоване на Li-йони батерии.

Въпреки че изостават донякъде зад Япония, Република Корея, Европа, Съединените щати и Китайската народна република също допринасят значително за глобалното увеличение на иновациите при батериите, наблюдавано от средата на 2000 до сега.

Китайските изобретатели са отговорни за забележителното нарастване на иновациите на национално ниво в областта на съхранението на електроенергия през последното десетилетие. В областта на батериите, Китай почти настигна Европа през 2018 г. и сега приносът й е сравним с този на САЩ. Това отразява приноса на Китай за производството на електрически превозни средства през последните години. През 2011 г. в страната са продадени 5 000 електрически автомобила, което представлява 11% от световния пазар на електрически автомобили.

С 1,1 милиона автомобила китайските продажби представляват 50% от глобалния пазар през 2019 г. BYD, производител на батерии и електрически превозни средства, е водещият световен производител на електрически автобуси и броят на продажбите е подобен с този на Tesla.

За разлика от тях, лидерството на Япония в технологията на батериите не се превърна в голям вътрешен пазар на електрически автомобили, представляващ едва 2% от глобалния пазар през 2019 г., въпреки че Li-ion батериите се предлагат в някои хибриди без включване като Toyota Prius. Република Корея има подобен пазар на електрически автомобили, но е лидер в стационарните батерии за услугите на електрическите мрежи и зад електромера приложения в сградите.

Повече за тенденциите при батериите можете да прочете в Innovation in batteries and electricity storage, IEA