Mercado de almacenamiento de energía electroquímica

Descripción general del mercado

Se espera que el mercado de almacenamiento de energía electroquímica crezca a una CAGR del 14,6 % entre 2023 y 2031.

El almacenamiento de energía electroquímica convierte la energía eléctrica en energía química y la guarda para su uso posterior. Incluye el uso de reacciones electroquímicas para almacenar y liberar energía eléctrica en un dispositivo o sistema. Existen dos tipos principales de sistemas que utilizan la electroquímica para almacenar energía.

Las baterías son dispositivos que almacenan energía y convierten la energía eléctrica en energía química y nuevamente en electricidad cuando es necesario.

Consisten en una o más celdas electroquímicas con electrodos positivos y negativos y un medio que permite que los iones se muevan entre los electrodos cuando la batería se carga o descarga. Los dispositivos electroquímicos llamados supercondensadores almacenan energía como cargas eléctricas en el punto donde se encuentran un electrodo y un líquido. Las baterías separan físicamente las cargas positivas y negativas en lugar de almacenar energía a través de procesos químicos. Los supercondensadores tienen una alta densidad de potencia para cargarse y descargarse rápidamente. Esto los hace buenos para usos que necesitan ráfagas rápidas de energía, como el frenado regenerativo en automóviles o el suministro de energía cuando la demanda es alta. Las baterías y los supercondensadores tienen cualidades únicas que los hacen buenos para varios usos. Las baterías generalmente tienen una mayor densidad de energía, lo que significa que pueden almacenar más energía por unidad de masa o volumen. Esto los hace mejores para los usuarios que necesitan almacenar energía durante mucho tiempo. Por otro lado, los supercondensadores tienen una mayor densidad de potencia, lo que significa que pueden dar energía rápidamente pero no pueden almacenar tanta energía como las baterías.

Dinámica del mercado

Factores impulsores del mercado

• Creciente demanda de almacenamiento de energía

Las tendencias cambiantes de la demanda y la oferta hacen que las redes de energía se vuelvan más complicadas. El almacenamiento de energía es un componente importante para mantener la estabilidad de la red. Los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica pueden reaccionar rápidamente a los cambios en la demanda de energía, lo que ayuda a mantener la red equilibrada. Pueden encargarse de la reducción de picos, la nivelación de carga y el soporte de la red, lo que hace que el sistema de energía sea más confiable y eficiente como un sistema completo. Cada vez más personas quieren conducir automóviles eléctricos, por lo que requieren mejores sistemas de baterías. Los vehículos eléctricos tienen baterías de iones de litio, que es un tipo de almacenamiento de energía electroquímica que se utiliza como su tecnología principal. La demanda de almacenamiento de energía electroquímica aumenta junto con la demanda de automóviles eléctricos. Estas aplicaciones y el aumento del almacenamiento de energía impulsan la demanda del mercado de almacenamiento de energía electroquímica.

• Avances tecnológicos

Uno de los principales objetivos de los avances tecnológicos es hacer que los dispositivos de almacenamiento de energía contengan más energía. Una mayor densidad energética significa que se puede almacenar más energía en el mismo espacio. Esto hace que las baterías y los supercondensadores duren más y sean más potentes. Esta mejora es especialmente importante cuando el almacenamiento de energía debe ser pequeño y ligero, como los coches eléctricos y los aparatos portátiles. La mayoría de las nuevas tecnologías intentan reducir la cantidad de energía que se pierde durante la carga y la descarga. Cuando se mejora la eficiencia, se desperdicia menos energía, lo que significa que todo el sistema funciona de forma más eficaz, cuesta menos y tiene un impacto global menor. Los avances tecnológicos pueden reducir los costes de fabricación de los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica modificando los materiales, los métodos de fabricación y el diseño.

Restricciones del mercado

• Costos elevados

Los costos pueden alentar la inversión de dinero en investigación y desarrollo para hacer que los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica sean más eficientes y rentables. A medida que aumenta la necesidad de almacenamiento de energía, las empresas y los gobiernos están más dispuestos a gastar en investigación y desarrollo para encontrar nuevas formas de reducir los costos y hacer que el almacenamiento de energía sea más asequible económicamente. Las fuentes de energía tradicionales podrían crear un deseo de mercado de almacenamiento de energía electroquímica por tecnologías a medida que se vuelvan más competitivas y rentables con el tiempo. A medida que el precio de los combustibles fósiles y otras formas de almacenar energía aumenta o las regulaciones se vuelven más estrictas, el almacenamiento de energía electroquímica puede ser una opción más limpia y más económica.

Ámbito del mercado

Análisis segmentario

Segmentar por tipo

• Flujo de líquido

Las baterías de flujo líquido son dispositivos que utilizan la electroquímica para almacenar energía. Ofrecen una forma única de almacenar y enviar electricidad al mantener electrolitos líquidos en tanques fuera de la batería. En las baterías normales, la cantidad de energía que se puede almacenar está limitada por los electrodos. Las baterías de flujo líquido separan la capacidad de energía y la de potencia, lo que facilita aumentar la cantidad de energía que se puede almacenar. En una batería de flujo líquido, los electrolitos se mantienen en diferentes tanques fuera de la batería, en lugar de dentro. La mayoría de las veces, estos electrolitos son soluciones líquidas con especies activas que pueden participar en procesos redox reversibles.

• Litio

El almacenamiento de energía electroquímica a base de litio tiene baterías de iones de litio para almacenar y liberar energía eléctrica mediante procesos electroquímicos reversibles. Las baterías a base de litio son una de las formas más utilizadas para almacenar energía porque tienen una alta densidad energética y una larga vida útil y se pueden utilizar en muchas industrias. La mayoría de las veces, las baterías de iones de litio se utilizan para el almacenamiento de energía eléctrica. El fosfato de hierro se utiliza como electrodo en las baterías de fosfato de hierro y litio, que es un tipo de batería de iones de litio. Las baterías LFP son conocidas por ser seguras y funcionar de manera eficaz en lugares con altas temperaturas.

• Plomo ácido

Las baterías de plomo-ácido son un método de almacenamiento de energía electroquímica que se ha utilizado durante mucho tiempo. La mayoría de las baterías de plomo-ácido constan de electrodos positivos y negativos hechos de placas de plomo y dióxido de plomo, que se sumergen en una solución de ácido sulfúrico diluido. La mayoría de las veces, las placas se colocan en un recipiente de plástico u otro recipiente adecuado. Hay dos tipos de baterías de plomo-ácido: baterías de arranque (SLI) y baterías de ciclo profundo. Las baterías de plomo-ácido se utilizan en muchos lugares, como baterías de arranque para automóviles, sistemas de suministro de energía ininterrumpida (UPS), almacenamiento de energía solar y eólica, energía de respaldo para telecomunicaciones, scooters eléctricos y muchos otros usos de energía portátiles y estacionarios.

Segmentar por aplicación

• Lado del usuario

Los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica pueden utilizarse para muchas cosas por parte del usuario. Pueden utilizarse para almacenar energía y proporcionar energía de respaldo. Los consumidores y las empresas utilizan estas aplicaciones, que son importantes para mejorar la economía energética, la estabilidad de la red y la capacidad de utilizar fuentes de energía renovables. Basados en baterías de iones de litio, los dispositivos de almacenamiento de energía se pueden utilizar en los hogares para almacenar la electricidad adicional producida por los paneles solares durante el día. Esta energía ahorrada se puede utilizar por la noche o cuando no hay mucha energía del sol, lo que hace menos necesario utilizar la red. Los vehículos eléctricos almacenan energía en baterías de iones de litio, lo que les permite almacenar y utilizar electricidad para alimentar el motor eléctrico. Las baterías proporcionan a los coches eléctricos autonomía y rendimiento, lo que hace posible cambiar a formas más limpias y sostenibles de viajar a otros lugares.

• Lado de la rejilla

Los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica pueden responder rápidamente a los cambios en la cantidad de energía necesaria y disponible. Esto ayuda a estabilizar la frecuencia de la red y mantenerla estable. Al agregar o quitar energía según sea necesario, estos sistemas pueden mantener la red equilibrada y garantizar que siempre haya suficiente electricidad. Los sistemas que almacenan energía pueden almacenar energía adicional cuando la demanda es baja y usarla cuando la demanda es alta. Este movimiento de carga ayuda a que la red funcione mejor y reduce el estrés. El almacenamiento de energía electroquímica brinda a organizaciones esenciales como hospitales, centros de datos y fuentes de energía de respaldo si la red se interrumpe. El almacenamiento de energía puede ayudar a aumentar la capacidad de la red al posponer la necesidad de cambios costosos en la infraestructura de la red.

• Energía renovable conectada a la red

El almacenamiento de energía electroquímica es un factor muy importante para facilitar el uso e integración de fuentes de energía renovables en sistemas conectados a la red. Al abordar la naturaleza irregular y variable de la energía renovable, los dispositivos de almacenamiento de energía ayudan a mantener la red estable y permiten que la energía renovable se utilice de forma más fiable y eficiente. La energía renovable se puede generar en diferentes momentos mediante la conservación de la energía de forma electroquímica. Cuando hay una gran producción de energía, la energía sobrante se puede ahorrar y utilizar cuando no hay producción. Los sistemas de almacenamiento de energía pueden ayudar a la red regulando la frecuencia.

• Servicio Auxiliar Eléctrico

Las fuentes de energía renovables, como el sol y el viento, pueden provocar cambios de voltaje en la red. Los servicios auxiliares eléctricos, como la compensación de potencia reactiva, ayudan a mantener los niveles de voltaje dentro de rangos aceptables regulándolos. Esto garantiza que la fuente de energía sea siempre estable y confiable. La frecuencia de la red puede cambiar cuando cambia la cantidad de energía verde. Los servicios de soporte eléctrico, como la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía y otros recursos flexibles para responder a las fluctuaciones de frecuencia, ayudan a mantener la frecuencia de la red dentro de un rango restringido para que el suministro de energía sea estable y confiable. En caso de un apagón o falla del sistema, los servicios auxiliares eléctricos, como el potencial de arranque en negro de los sistemas de almacenamiento de energía.

• Vehículo de nueva energía

Los coches eléctricos enchufables tienen un motor de combustión interna, un motor eléctrico, un paquete de baterías y un enchufe para cargar las baterías. El sistema de almacenamiento de energía electroquímica, una batería de iones de litio, ayuda al coche a funcionar solo con electricidad durante distancias más cortas, lo que ahorra combustible y reduce la contaminación. Algunos vehículos eléctricos enchufables, especialmente los que tienen baterías pequeñas, pueden utilizar el almacenamiento de energía electroquímica para recorrer más kilómetros por carga. Añadir un paquete de baterías pequeño a un coche puede aumentar la autonomía totalmente eléctrica, o se puede añadir potencia adicional en situaciones de alta demanda. Esto hace que el motor de combustión interna sea menos importante.

Análisis regional

América del norte

Se espera que el mercado de baterías de plomo-ácido en América del Norte se expanda a una CAGR del 5,2%. La sección de baterías SLI es parte del mercado de baterías de América del Norte con el crecimiento más rápido. Debido a la gran cantidad de automóviles en el país, muchas baterías de plomo-ácido se venden para SLI, es decir, arranque, iluminación e ignición. Estados Unidos es uno de los mercados más importantes del mundo para baterías industriales porque tiene una sólida infraestructura industrial, un número creciente de proyectos de almacenamiento de energía basados en baterías y una creciente infraestructura para energía verde. Indica una mayor demanda del mercado de almacenamiento de energía electroquímica en la región de América del Norte.

Europa

A medida que la industria automotriz crece rápidamente, se espera que el segmento de baterías SLI sea el principal mercado de almacenamiento de energía electroquímica en los próximos años. Se anticipa que más dinero se destine a instalaciones solares fuera de la red, lo que brindará una gran oportunidad a las empresas de plomo-ácido en Europa. La energía solar elimina las emisiones de carbono y fomenta el uso de fuentes de energía renovables. Debido al alto número de empresas en Alemania, se espera que el país sea el líder en el mercado de baterías de plomo-ácido de Europa. Esto indica que la demanda de baterías de plomo-ácido seguirá aumentando, lo que podría conducir a un mercado de almacenamiento de energía electroquímica para almacenar energía electroquímica en Europa.

Asia Pacífico

Se espera que el mercado de baterías de iones de litio en Asia-Pacífico crezca a una tasa anual compuesta de alrededor del 15,8%. En el futuro, la industria automotriz probablemente será uno de los mercados más grandes para las baterías de iones de litio. Se espera que los vehículos eléctricos hagan crecer el negocio de las baterías de iones de litio a medida que se vuelvan más populares. Gran parte de la población de Asia-Pacífico no tiene acceso a la energía y depende de combustibles tradicionales como el queroseno y el diésel para iluminar sus hogares y cargar sus teléfonos. Debido a los beneficios técnicos y la disminución del costo de las baterías de iones de litio, es probable que los sistemas de almacenamiento de energía que utilizan baterías de iones de litio se utilicen cada vez más. Se espera que China sea el actor más importante en el mercado de almacenamiento de energía electroquímica de Asia-Pacífico. Esto se debe a que más personas se están mudando a las ciudades, gastando dinero y comprando vehículos eléctricos.

Sudamerica

El mercado de baterías de consumo en Sudamérica seguirá creciendo rápidamente. El mercado de almacenamiento de energía electroquímica que se analizó se debe principalmente a la mejora de la economía de la región y a la caída de los precios de las baterías de iones de litio. Pero los países sudamericanos tienen impuestos elevados sobre las telecomunicaciones y no invierten mucho en ese sector. Se espera que esto desacelere el mercado de almacenamiento de energía electroquímica, ya que las telecomunicaciones son el mayor usuario final. Es probable que en el futuro se encuentren fuentes de iones de litio en lugares como Chile, por lo que se espera que el país haga una gran contribución. Los precios de las baterías de iones de litio han bajado mucho porque la tecnología ha mejorado y ahora se fabrican en grandes cantidades, lo que se denomina economías de escala.

Actores clave

1. Motores Tesla
2. Energía Greensmith
3. Compañía eléctrica S&C
4. Sistema operativo LG
5. Soluciones energéticas NEC
6. Fluence Energy LLC
7. Soluciones avanzadas de microrredes
8. Convergente Energía y Potencia LP
9. Corporación Energética Duke
10. Energía de NextEra
11. Fuente de energía de Zhejiang Narada
12. Shenzhen Cloud Electronics
13. Energía EVE
14. Energía solar

Acontecimientos recientes

18 de mayo de 2021 Investigadores de la Universidad de Harvard informaron sobre el diseño de una batería de litio de estado sólido de larga duración que puede cargarse y descargarse al menos 10.000 veces con una corriente química alta. La batería utiliza una estructura multicapa que controla y contiene el crecimiento de las dendritas de litio, que son la principal causa de inestabilidad y cortocircuito en las baterías de litio-metal.