Mercato dell'accumulo di energia elettrochimica

Panoramica del mercato

Si prevede che il mercato dell'accumulo elettrochimico di energia crescerà a un CAGR del 14,6% dal 2023 al 2031.

L'accumulo di energia elettrochimica trasforma l'energia elettrica in energia chimica e la conserva per un uso successivo. Include l'uso di reazioni elettrochimiche per immagazzinare e rilasciare energia elettrica in un dispositivo o sistema. Esistono due tipi principali di sistemi che utilizzano l'elettrochimica per immagazzinare energia.

Le batterie sono dispositivi che immagazzinano energia, trasformando l'energia elettrica in energia chimica e di nuovo in elettricità quando necessario.

Sono costituiti da una o più celle elettrochimiche con elettrodi positivi e negativi e un mezzo che consente agli ioni di muoversi tra gli elettrodi quando la batteria viene caricata o scaricata. I dispositivi elettrochimici chiamati supercondensatori immagazzinano energia come cariche elettriche nel punto in cui un elettrodo e un liquido si incontrano. Le batterie separano fisicamente le cariche positive e negative invece di immagazzinare energia tramite processi chimici. I supercondensatori hanno un'elevata densità di potenza per caricarsi e scaricarsi rapidamente. Ciò li rende adatti per usi che necessitano di rapide esplosioni di energia, come la frenata rigenerativa nelle auto o la fornitura di energia quando la domanda è elevata. Batterie e supercondensatori hanno qualità uniche che li rendono adatti a vari usi. Le batterie solitamente hanno una maggiore densità di energia, il che significa che possono immagazzinare più energia per unità di massa o volume. Ciò li rende migliori per gli utenti che hanno bisogno di immagazzinare energia per un lungo periodo. D'altro canto, i supercondensatori hanno una maggiore densità di potenza, il che significa che possono fornire energia rapidamente ma non possono immagazzinare tanta energia quanto le batterie.

Dinamiche di mercato

Fattori trainanti del mercato

• Crescente domanda di accumulo di energia

Le mutevoli tendenze di domanda e offerta portano a reti energetiche più complicate. L'accumulo di energia è una componente importante per mantenere stabile la rete. I sistemi di accumulo di energia elettrochimica possono reagire rapidamente ai cambiamenti nella domanda di energia, il che aiuta a mantenere la rete in equilibrio. Possono occuparsi di peak shaving, load leveling e supporto di rete, il che rende il sistema di alimentazione più affidabile ed efficiente come sistema nel suo complesso. Più persone vogliono guidare auto elettriche, quindi richiedono sistemi di batterie migliori. I veicoli elettrici hanno batterie agli ioni di litio, che sono un tipo di accumulo di energia elettrochimica utilizzato come tecnologia principale. La domanda di accumulo di energia elettrochimica aumenta insieme alla domanda di auto elettriche. Queste applicazioni e l'aumento dell'accumulo di energia guidano la domanda del mercato dell'accumulo di energia elettrochimica.

• Progressi tecnologici

Uno degli obiettivi principali dei progressi tecnologici è quello di far sì che i dispositivi di accumulo di energia contengano più energia. Una maggiore densità di energia significa che più energia può essere contenuta nello stesso spazio. Ciò fa sì che le batterie e i supercondensatori durino più a lungo e siano più potenti. Questo miglioramento è particolarmente importante quando l'accumulo di energia deve essere piccolo e leggero, come le auto elettriche e i gadget portatili. La maggior parte delle nuove tecnologie cerca di ridurre la quantità di energia persa durante la carica e lo scarico. Quando l'efficienza è migliorata, si spreca meno energia, il che significa che l'intero sistema funziona in modo più efficace, costa meno e ha un impatto globale minore. I progressi tecnologici possono ridurre i costi di produzione dei sistemi di accumulo di energia elettrochimica modificando materiali, metodi di produzione e progettazione.

Limitazioni di mercato

• Costi elevati

I costi possono incoraggiare l'investimento di denaro in ricerca e sviluppo per rendere i sistemi di accumulo di energia elettrochimica più efficienti e convenienti. Con l'aumento della necessità di accumulo di energia, aziende e governi sono più propensi a investire in ricerca e sviluppo per trovare nuovi modi per abbassare i costi e rendere l'accumulo di energia più conveniente. Le fonti energetiche tradizionali potrebbero creare un desiderio di mercato per l'accumulo di energia elettrochimica per le tecnologie man mano che diventano più competitive e convenienti nel tempo. Con l'aumento del prezzo dei combustibili fossili e di altri modi per immagazzinare energia o con l'inasprimento delle normative, l'accumulo di energia elettrochimica può essere un'opzione più pulita ed economica.

Ambito di mercato

Analisi segmentale

Segmento per tipo

• Flusso di liquido

Le batterie a flusso liquido sono dispositivi che utilizzano l'elettrochimica per immagazzinare energia. Offrono un modo unico per immagazzinare e inviare elettricità mantenendo elettroliti liquidi in serbatoi esterni alla batteria. Nelle batterie normali, la quantità di energia che può essere immagazzinata è limitata per gli elettrodi. Le batterie a flusso liquido, separano potenza e capacità energetica, il che rende più facile aumentare la quantità di energia che può essere immagazzinata. In una batteria a flusso liquido, gli elettroliti sono conservati in serbatoi diversi all'esterno della batteria stessa, piuttosto che all'interno. Nella maggior parte dei casi, questi elettroliti sono soluzioni liquide con specie attive che possono prendere parte a processi redox reversibili.

• Litio

L'accumulo di energia elettrochimica al litio ha batterie agli ioni di litio per immagazzinare e rilasciare energia elettrica sottoponendosi a processi elettrochimici reversibili. Le batterie al litio sono uno dei principali modi utilizzati per immagazzinare energia perché hanno un'elevata densità di energia e una lunga durata del ciclo e possono essere utilizzate in molti settori. Nella maggior parte dei casi, le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate per l'accumulo di energia elettrica. Il fosfato di ferro viene utilizzato come elettrodo nelle batterie al litio-ferro-fosfato che sono un tipo di batteria agli ioni di litio. Le batterie LFP sono note per essere sicure e funzionare efficacemente in luoghi con alte temperature.

• Piombo acido

Le batterie al piombo-acido sono un metodo di accumulo di energia elettrochimica utilizzato da molto tempo. La maggior parte delle batterie al piombo-acido è composta da elettrodi positivi e negativi realizzati in piastre di piombo e biossido di piombo, immerse in una soluzione di acido solforico diluito. Nella maggior parte dei casi, le piastre vengono inserite in un contenitore di plastica o altro contenitore adatto. Esistono due tipi di batterie al piombo-acido. Batterie di avviamento (SLI) e batterie a ciclo profondo. Le batterie al piombo-acido sono utilizzate in molti luoghi, come batterie di avviamento per auto, sistemi di alimentazione ininterrotta (UPS), accumulo di energia solare ed eolica, alimentazione di backup per telecomunicazioni, scooter elettrici e molti altri utilizzi di energia portatili e fissi.

Segmento per applicazione

• Lato utente

I sistemi di accumulo di energia elettrochimica possono essere utilizzati per molte cose dal lato dell'utente. Possono essere utilizzati per immagazzinare energia e fornire potenza che può essere sottoposta a backup. I consumatori e le aziende utilizzano queste applicazioni, che sono importanti per migliorare l'economia energetica, la stabilità della rete e la capacità di utilizzare fonti di energia rinnovabili. Basati su batterie agli ioni di litio, i dispositivi di accumulo di energia possono essere utilizzati nelle case per immagazzinare l'elettricità extra prodotta dai pannelli solari durante il giorno. Questa energia risparmiata può essere utilizzata di notte o quando non c'è molta energia dal sole, rendendo meno necessario l'utilizzo della rete. I veicoli elettrici immagazzinano energia in batterie agli ioni di litio, che consentono loro di immagazzinare e utilizzare l'elettricità per alimentare il motore elettrico. Le batterie forniscono autonomia e prestazioni alle auto elettriche, rendendo possibile il passaggio a modi più puliti e sostenibili per spostarsi altrove.

• Lato griglia

I sistemi di accumulo di energia elettrochimica possono rispondere rapidamente alle variazioni della quantità di energia necessaria e disponibile. Ciò aiuta a stabilizzare la frequenza della rete e a mantenerla stabile. Aggiungendo o togliendo energia a seconda delle necessità, questi sistemi possono mantenere la rete in equilibrio e garantire che ci sia sempre abbastanza elettricità. I sistemi che immagazzinano energia possono immagazzinare energia extra quando la domanda è bassa e usarla quando la domanda è alta. Questo spostamento del carico aiuta la rete a funzionare meglio e riduce lo stress. L'accumulo di energia elettrochimica fornisce alle organizzazioni essenziali come ospedali, data center e fonti di alimentazione di backup se la rete viene interrotta. L'accumulo di energia può aiutare ad aumentare la capacità della rete rimandando la necessità di costose modifiche all'infrastruttura della rete.

• Energia rinnovabile collegata alla rete

L'accumulo di energia elettrochimica è un fattore molto importante per semplificare l'uso e l'integrazione di fonti di energia rinnovabili nei sistemi collegati alla rete. Affrontando la natura irregolare e variabile dell'energia rinnovabile, i dispositivi di accumulo di energia aiutano a mantenere stabile la rete e consentono di utilizzare l'energia rinnovabile in modo più affidabile ed efficiente. L'energia rinnovabile può essere prodotta in momenti diversi conservando l'energia in modo elettrochimico. Quando c'è molta produzione di energia, l'energia extra può essere risparmiata e utilizzata quando non c'è produzione. I sistemi di accumulo di energia possono aiutare la rete regolando la frequenza.

• Servizio ausiliario elettrico

Le fonti di energia rinnovabili come il sole e il vento possono causare variazioni di tensione sulla rete. I servizi ausiliari elettrici, come la compensazione della potenza reattiva, aiutano a mantenere i livelli di tensione entro intervalli accettabili regolandoli. Ciò assicura che la fonte di alimentazione sia sempre stabile e affidabile. La frequenza della rete può cambiare quando cambia la quantità di energia verde. I servizi di supporto elettrico, come la capacità dei sistemi di accumulo di energia e di altre risorse flessibili di rispondere alle fluttuazioni di frequenza, aiutano a mantenere la frequenza della rete entro un intervallo limitato in modo che l'alimentazione sia stabile e affidabile. In caso di blackout della rete o guasto del sistema, i servizi ausiliari elettrici come il potenziale di black start dai sistemi di accumulo di energia.

• Nuovo veicolo energetico

Le auto elettriche plug-in hanno un motore a combustione interna, un motore elettrico, un pacco batterie e una spina per caricare le batterie. Il sistema di accumulo di energia elettrochimica, una batteria agli ioni di litio, aiuta l'auto a funzionare solo con l'elettricità per periodi più brevi, risparmiando carburante e riducendo l'inquinamento. Alcuni NEV, in particolare quelli con batterie piccole, possono utilizzare l'accumulo di energia elettrochimica per ottenere più miglia per carica. L'aggiunta di un piccolo pacco batterie a un'auto può aumentare l'autonomia completamente elettrica oppure è possibile aggiungere potenza extra in situazioni di elevata richiesta. Ciò rende il motore a combustione interna meno importante.

Analisi regionale

America del Nord

Si prevede che il mercato delle batterie al piombo in Nord America si espanderà a un CAGR del 5,2%. La sezione SLI Battery fa parte del mercato delle batterie nordamericano con la crescita più rapida. A causa del gran numero di auto nel paese, molte batterie al piombo vengono vendute per SLI, ovvero avviamento, illuminazione e accensione. Gli Stati Uniti sono uno dei mercati più significativi al mondo per le batterie industriali perché hanno una solida infrastruttura industriale, un numero crescente di progetti di accumulo di energia basati su batterie e una crescente infrastruttura per l'energia verde. Ciò indica una maggiore domanda per il mercato dell'accumulo di energia elettrochimica nella regione nordamericana.

Europa

Con la rapida crescita dell'industria automobilistica, si prevede che il segmento delle batterie SLI diventerà il principale mercato di accumulo di energia elettrochimica nei prossimi anni. Si prevede che maggiori investimenti in installazioni solari fuori rete daranno alle aziende di piombo acido in Europa una grande opportunità. L'energia solare rimuove le emissioni di carbonio e incoraggia l'uso di fonti di energia rinnovabili. Grazie all'elevato numero di aziende in Germania, si prevede che il paese diventerà il leader nel mercato europeo delle batterie al piombo acido. Ciò indica che la domanda di batterie al piombo acido continuerà ad aumentare, il che potrebbe portare a un mercato di accumulo di energia elettrochimica per la conservazione di energia elettrochimica in Europa.

Asia Pacifico

Si prevede che il mercato delle batterie agli ioni di litio nell'area Asia-Pacifico crescerà a un CAGR di circa il 15,8%. In futuro, l'industria automobilistica sarà probabilmente uno dei mercati più grandi per le batterie agli ioni di litio. Si prevede che i veicoli elettrici faranno crescere il business delle batterie agli ioni di litio man mano che diventeranno più popolari. Gran parte della popolazione dell'area Asia-Pacifico non ha accesso all'elettricità e fa affidamento su combustibili tradizionali come cherosene e gasolio per illuminare le proprie case e caricare i propri telefoni. Grazie ai vantaggi tecnici e al costo decrescente delle batterie agli ioni di litio, è probabile che i sistemi di accumulo di energia che utilizzano batterie agli ioni di litio saranno sempre più utilizzati. Si prevede che la Cina sarà il principale attore nel mercato dell'accumulo di energia elettrochimica nell'area Asia-Pacifico. Questo perché sempre più persone si trasferiscono in città, spendono soldi e acquistano veicoli elettrici.

Sud America

Il mercato delle batterie per i consumatori in Sud America continuerà a crescere rapidamente. Il mercato dell'accumulo di energia elettrochimica che è stato preso in esame è guidato principalmente dal miglioramento dell'economia della regione e dal calo dei prezzi delle batterie agli ioni di litio. Ma i paesi sudamericani hanno un'imposta elevata sulle telecomunicazioni e non investono molto nel settore delle telecomunicazioni. Si prevede che ciò rallenterà il mercato dell'accumulo di energia elettrochimica poiché le telecomunicazioni sono il principale utente finale. È probabile che in futuro le fonti di ioni di litio si trovino in luoghi come il Cile. Quindi, si prevede che il paese darà un grande contributo. I prezzi delle batterie agli ioni di litio sono scesi molto perché la tecnologia è migliorata e ora vengono prodotte in grandi quantità, il che è chiamato economie di scala.

Giocatori chiave

1. Motori Tesla
2. Energia Greensmith
3. Società elettrica S&C
4. LG Sistema Nervoso Centrale
5. Soluzioni energetiche NEC
6. Energia Fluente LLC
7. Soluzioni avanzate per microreti
8. Convergente Energia e Potenza LP
9. Società energetica Duke
10. Energia NextEra
11. Fonte di energia di Zhejiang Narada
12. Elettronica di Shenzhen Clou
13. Energia EVE
14. Potenza solare

Sviluppi recenti

18 maggio 2021 I ricercatori dell'Università di Harvard hanno segnalato la progettazione di una batteria al litio allo stato solido di lunga durata che può essere caricata e scaricata almeno 10.000 volte a una corrente chimica elevata. La batteria utilizza una struttura multistrato che controlla e contiene la crescita dei dendriti di litio, che sono la causa principale di instabilità e cortocircuito nelle batterie al litio-metallo.