The Electrifying Divide In Battery Chemistries For Construction EV’s

Автор: Доктор Джеймс Джеффс, старший аналитик по технологиям в IDTechEx

Успех электромобилей в строительной отрасли будет во многом определяться тем, что цены на аккумуляторы будут достаточно низкими, чтобы общая стоимость владения была дешевле, чем у дизельных альтернатив. Новый отчет IDTechEx, " Электромобили в строительстве 2023-2043 гг.", показывает, что существует переломный момент в цене батареи, при котором эксплуатация EV будет дешевле в течение всего срока службы автомобиля. Выбор правильного химического состава в этом случае будет иметь решающее значение для достижения достаточно низкой цены автомобиля. Так почему же в Китае наблюдается явная дихотомия между батареями, используемыми в Китае и Европе?

Количество доступных машин в зависимости от типа батареи и региона. Источник: IDTechEx

Электромобили в строительстве - это развивающийся рынок. Несмотря на это, IDTechEx создал базу данных из более чем 100 примеров марок и моделей в семи различных категориях строительных автомобилей. Однако, поскольку многие автомобили еще не выпущены, только 49 позиций базы данных подтвердили информацию о химии. Поскольку Европа и Китай являются более устоявшимися рынками для электрических строительных машин, можно сделать выводы о тенденциях в области химии батарей от OEM-производителей в этих регионах. На данном этапе очевидно, что Европа отдает предпочтение NMC, а Китай выбирает LFP.

Требования к аккумуляторам для строительных автомобилей

Так почему же стоит выбрать NMC, LFP или даже свинцово-кислотные? Электрификация строительной техники - интересная и тонкая тема. Приоритетом для батареи является огромная емкость при низкой стоимости. Поскольку некоторые из этих машин имеют гигантские размеры и обычно требуют бетонных противовесов, чтобы выдержать огромные нагрузки, вес батареи не является такой уж большой проблемой. Плотность мощности также не имеет особого значения. В отличие от электромобилей, строительные машины не склонны к резким скачкам потребления энергии и, скорее всего, будут работать в стабильном режиме в течение длительного времени. Например, Tesla Model S имеет батарею емкостью ~60 кВт/ч и двигатель мощностью ~210 кВт, что означает, что батарея должна обеспечивать пиковую мощность 3,5C (мощность, деленная на емкость). Это типичное требование для дорожных автомобилей; поэтому они, как правило, предпочитают энергоемкие химические материалы, такие как NMC. В отличие от этого, Volvo L25 electric (электрический компактный погрузчик) имеет батарею емкостью 40 кВт-ч и максимальную мощность двигателя 36 кВт, поэтому батарея должна разряжаться при максимальной температуре 0,9C, что гораздо ниже ожиданий дорожных автомобилей.

То же самое происходит и при переходе к действительно большим машинам. XCMG XE270E - 27-тонный экскаватор-левиафан с батареей емкостью 525 кВт-ч, но его двигатель - это жалкие 140 кВт (~0,27C). На самом деле, согласно исследованию, проведенному в отчете IDTechEx, " Электромобили в строительстве 2023-2043 гг.", показывает, что подавляющее большинство электрических строительных автомобилей требуют пикового разряда менее 1С, а четверть автомобилей требует пикового разряда менее 0,25С.

Распределение требований к разрядам в электрических строительных машинах. Источник: IDTechEx

Требования к низкому пиковому разряду могут быть удовлетворены свинцово-кислотными батареями, и, вероятно, именно поэтому на заре электрификации строительства они имели кратковременную популярность. Европейские примеры использования свинцовой кислоты относятся в основном к середине 2010-х годов, когда литий-ионные технологии еще только развивались и были намного дороже свинцово-кислотных. Однако эти автомобили имели серьезные ограничения: низкий запас хода и медленное время подзарядки, что делало их использование проблематичным. Свинцовая кислота была быстро заменена на литий-ионную, так как она стала более выгодной с финансовой точки зрения.

И NMC, и LFP обладают необходимыми для строительства характеристиками, легко справляясь с пиковыми разрядками и имея достаточно высокую объемную и гравиметрическую плотность, чтобы поместиться в машины. Если говорить в целом, то NMC, как правило, является более высокопроизводительной батареей, чем LFP, с лучшими показателями плотности энергии и мощности, но за это приходится платить. Поэтому для промышленности имеет смысл выбрать LFP. Он обладает всеми необходимыми характеристиками и при этом помогает минимизировать затраты на создание электромобиля, что является приоритетом номер один для строительного электротранспорта. Почему же тогда на европейском рынке в основном используется NMC?

Почему NMC доминирует в Европе, а LFP - в Китае?

Лучшее объяснение - это вопрос доступности. В большинстве разработок электромобилей до сих пор использовались поставщики аккумуляторных блоков, такие как Northvolt, Forsee и Volta, и в большинстве их продуктов используется NMC. Исследование IDTechEx показало, что более 75% предложений от европейских и североамериканских производителей блоков используют NMC. Эти компании поставляют продукцию в различные отрасли промышленности, включая тяжелые дорожные машины, такие как автобусы и грузовики. Эти транспортные средства будут иметь довольно высокую пиковую мощность, чтобы справляться с ускорениями, подъемами и т.д., и, вероятно, лучше подойдут NMC. IDTechEx предполагает, что именно поэтому Европа до сих пор в основном выбирала NMC, но, учитывая, что цена на батареи является ключевым фактором успеха электрических строительных машин, вполне вероятно, что в будущем будет наблюдаться рост популярности LFP.

В то же время в Китае LFP уже является доминирующим химическим продуктом. Китай уже имеет хорошие запасы раствора LFP. Они выросли, поскольку парк автомобилей быстро электрифицировался, и потребовалось дешевое решение, которое могло бы обеспечить приемлемую плотность энергии (запас хода автомобиля) и сохранить доступность автомобиля. В отличие от этого, европейский и североамериканский рынки электромобилей сосредоточились на увеличении дальности пробега, обычно выбирая более дорогие NMC и ожидая, что потребители будут спокойнее относиться к дополнительным затратам. Это хорошая новость для китайской электростроительной отрасли, которая смогла относительно быстро создать очень большие батареи и развернуть несколько огромных машин, таких как уже упомянутый пример XCMG.

К сожалению, данных о том, какие OEM-производители в Северной Америке или АТР отдают предпочтение химическим составам батарей, не так много. В основном это связано с тем, что OEM-производители в этом регионе только начинают свой путь электрификации. Северная Америка является ярким примером: гиганты отрасли CAT и John Deere недавно сделали шаг вперед, представив электрические строительные машины на выставках BAUMA 2022, CES 2023 и CONEXPO 2023. Однако до их выпуска еще несколько лет, а химические составы батарей пока не подтверждены. Тем не менее, можно предположить, что CAT, скорее всего, будет использовать NMC по тем же причинам, что и в Европе.

Ион натрия - будущий кандидат?

Еще одним возможным претендентом для строительной отрасли является натрий-ион. Это развивающаяся химия, и у нее пока нет сформировавшегося рынка. Важно знать, что натриевые растворы можно производить с меньшими затратами, чем литиевые, но они не будут обладать такой же производительностью. В этом отношении они разделяют качества LFP. Проблема в том, что они еще не являются масштабируемым решением, поэтому они дороже, чем LFP и NMC, но при этом имеют худшие характеристики. Таким образом, пока что применение натрия в строительной отрасли не имеет смысла. Однако при масштабировании и обещанном снижении цены он может стать идеальным вариантом для удовлетворения потребностей этого тонкого рынка.

Индустрия электрических строительных машин еще только зарождается, и в серийное производство запущено совсем немного машин. Однако, если верить недавней активности и анонсам, то в ближайшие несколько лет количество доступных машин просто взорвется. В отчете IDTechEx " Электромобили в строительстве 2023-2043 гг.", прогнозируется десятилетний CAGR 37%, а в 2043 году стоимость отрасли электрических строительных машин достигнет $150 миллиардов долларов США. Весь этот рост приведет к значительному спросу на аккумуляторы, и будь то NMC, LFP или, возможно, даже Na-ion, эволюция этой отрасли будет электрической.

Исследование мобильности IDTechEx

Компания IDTechEx активно исследует вопросы автономии и электрификации и только что выпустила новый отчет "Электромобили в строительстве 2023-2043". Узнать больше об этом отчете, в том числе загрузить примеры страниц, можно на сайте www.IDTechEx.com/EVConstruction.

Данное исследование является частью более широкого портфеля исследований мобильности от IDTechEx, которая отслеживает внедрение автономности, электромобилей, автомобильных полупроводников, тенденции развития аккумуляторов и спрос на них на суше, море и в воздухе, помогая вам ориентироваться в том, что может ждать вас впереди. Узнайте больше на сайте www.IDTechEx.com/Research/EV.

...заметки из SP