Nowe technologie akumulatorowe przyspieszą elektryfikację pojazdów terenowych

Maszyny terenowe wykorzystywane w budownictwie, rolnictwie i górnictwie przechodzą obecnie intensywny proces elektryfikacji. Jednak różnią się między sobą pod względem wielkości, czasu i cyklu pracy oraz innych czynników, co wymaga zróżnicowanych rozwiązań akumulatorowych. W zaktualizowanym raporcie IDTechEx podkreślono rolę, jaką w tym zmieniającym się środowisku odegrają nowe technologie akumulatorowe.

Technologie akumulatorowe obecnie stosowane w maszynach terenowych

W początkowym okresie elektryfikacji maszyn terenowych, zwłaszcza w budownictwie, w mniejszych, kompaktowych maszynach stosowano akumulatory kwasowo-ołowiowe. Jednak wraz z dojrzewaniem globalnego rynku pojazdów elektrycznych oraz technologii akumulatorowych, obecnie we wszystkich maszynach stosuje się akumulatory litowo-jonowe. W szczególności odzwierciedlają one tendencje rynku motoryzacyjnego, wykorzystując zarówno akumulatory NMC, jak i LFP.

Obraz ilustracyjny: stacja ładowania samochodów elektrycznych na placu budowy z maszynami

Technologie te zapewniają dobrą równowagę między gęstością energii, żywotnością, szybkością ładowania i kosztami, co pozwala na szerokie zastosowanie w wielu typach maszyn. Co istotne, ze względu na ich wykorzystanie na rynku motoryzacyjnym, istnieje już infrastruktura łańcucha dostaw, którą można wykorzystać, aby ułatwić producentom OEM dostęp do akumulatorów na potrzeby rozwoju i produkcji maszyn.

Technologie NMC i LFP dobrze sprawdziły się na rynku maszyn terenowych i będą nadal zyskiwać na popularności, zwłaszcza w miarę postępu prac rozwojowych i dalszego spadku cen. Jednak niektóre maszyny będą wymagały od akumulatorów więcej niż mogą zapewnić konwencjonalne konstrukcje litowo-jonowe, np. dłuższą żywotność, większą gęstość energii lub szybsze ładowanie.

W takich sytuacjach producenci OEM mogą być zmuszeni do sięgnięcia po nowe technologie akumulatorowe, aby wypełnić lukę w wydajności. Anody LTO, anody krzemowe, akumulatory półprzewodnikowe oraz akumulatory sodowo-jonowe postrzegane są jako kluczowe opcje technologiczne dla przyszłych maszyn.

Źródło: IDTechEx

Co mogą zaoferować nowe technologie akumulatorowe?

• Anody LTO

Anody LTO (tytanianowe) wykorzystują materiał aktywny w postaci tlenku tytanowolitu, który może zastąpić typową anodę grafitową, często w połączeniu z katodą NMC. Powstała w ten sposób komórka ma gęstość energii od trzech do pięciu razy niższą niż komórka z anodą grafitową, ale co najważniejsze, ulega ona bardzo niewielkim zmianom objętości podczas cykli ładowania i rozładowania, co zapewnia doskonałą trwałość wynoszącą od 20 000 do 60 000 cykli. Dodatkowo umożliwia to bardzo szybkie ładowanie z prędkością 6–10C.

To unikalne połączenie parametrów wydajnościowych sprawia, że anody LTO doskonale nadają się do stosowania w maszynach górniczych. Maszyny te często muszą pracować przez całą dobę przez wiele lat, co wymaga zarówno wydłużonej żywotności, jak i szybkiego ładowania w celu zminimalizowania przestojów. Ponadto większe maszyny, takie jak te wykorzystywane w górnictwie, są bardziej tolerancyjne na niższe gęstości energii i mogą zaakceptować wady anod LTO.

Chociaż wysoka zawartość litu w anodzie prowadzi do znacznie wyższych kosztów, sięgających czasami nawet 1000 USD/kWh, może to nadal być bardziej ekonomiczne niż konieczność wielokrotnej wymiany akumulatorów NMC lub LFP w ciągu całego okresu eksploatacji maszyny.

• Anody krzemowe i akumulatory z elektrolitem stałym

Zarówno anody krzemowe, jak i akumulatory z elektrolitem stałym (półprzewodnikowe) to technologie, które są przedmiotem intensywnych prac rozwojowych i badań pod kątem przyszłego zastosowania na rynku motoryzacyjnym. Anody krzemowe charakteryzują się wyższą zawartością krzemu (10% lub więcej) w anodach grafitowych, natomiast akumulatory półprzewodnikowe polegają na zastąpieniu ciekłego elektrolitu w typowym ogniwie litowo-jonowym elektrolitem stałym.

Obie te technologie mogą zapewnić wyższą gęstość energii niż typowe ogniwa, ale mają też spore ograniczenia pracy do około 1000 cykli. W rezultacie zastosowania w pojazdach terenowych będą się głównie koncentrować na mniejszych maszynach (gdzie gęstość ma kluczowe znaczenie) o mniejszym wykorzystaniu. Doskonale wpisuje się to w profil eksploatacyjny ciągników elektrycznych w rolnictwie, które mogą pracować mniej niż 1000 godzin w całym okresie eksploatacji, ale które korzystają z akumulatorów o dużej gęstości, aby przewozić pługi i narzędzia na dużych obszarach.

• Akumulatory sodowo-jonowe

Stają się potencjalnie tańszą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych, wykorzystując bardziej dostępne i tańsze materiały, takie jak sód i aluminium, zamiast odpowiednio litu i miedzi. Akumulatory sodowo-jonowe oferują również gęstość podobną do akumulatorów LFP, z potencjałem zwiększenia mocy i wydłużenia cyklu życia – choć mogą one znacznie różnić się w zależności od konstrukcji ogniwa. W rezultacie powstało ogniwo, które może być szeroko stosowane w maszynach budowlanych, rolniczych i górniczych, a zatem oczekuje się, że w nadchodzącej dekadzie zyska znaczną popularność

Źródło: IDTechEx

Prognozy rynkowe

Raport IDTechEx pt. „Akumulatory do maszyn budowlanych, rolniczych i górniczych w latach 2026–2036: technologie, gracze, prognozy” zawiera szczegółowe omówienie wszystkich wyżej wymienionych technologii oraz wielu innych zagadnień, wskazując, że światowy rynek akumulatorów do maszyn terenowych ma wzrosnąć do 45 GWh do 2036 roku. Rozwój technologii akumulatorowych, które pozwolą zaspokoić potrzeby maszyn w zakresie wydajności, będzie miał kluczowe znaczenie dla osiągnięcia prognozowanego wzrostu całego rynku.

Ponadto raport przedstawia stan elektryfikacji w sektorach budownictwa, rolnictwa i górnictwa, zawierając analizy wymagań technicznych, ekonomicznych i wydajnościowych maszyn, porównania gotowych produktów akumulatorowych dostępnych obecnie na rynku oraz dogłębny przegląd kluczowych technologii akumulatorowych i ich znaczenia dla zastosowań w maszynach terenowych.

Przedstawiono szczegółowe 10-letnie prognozy dotyczące globalnego popytu na akumulatory do maszyn terenowych (w GWh) oraz przychodów z akumulatorów (w mld USD) – w podziale na segmenty maszyn terenowych (budownictwo, rolnictwo, górnictwo), typy maszyn, regiony (USA, Chiny, Europa, reszta świata) oraz technologie akumulatorów (NMC, LFP, LTO, anoda krzemowa, akumulatory półprzewodnikowe i jonowo-sodowe).

Autor: Pranav Jaswani, analityk w IDTechEx