Кейс Центра бизнес-моделирования: перспективы твердотельных аккумуляторов
Информационный шум вокруг твердотельных батарей (Solid-state battery, SSB), которые считались альтернативой литий-ионным накопителям энергии, в последние годы заметно утих. Эйфория первых инвестиций закончилась и началась эпоха, где важнейшим ресурсом становится «терпение капитала».
Команда Центра бизнес-моделирования «Иннохаба Росатома» провела собственное исследование и сделала прогноз развития технологий SSB на ближайшие годы.
Смена эпох: от лабораторных разработок к производству
Поиски альтернативы литий-ионным батареям для электромобилей начались около 10–15 лет назад. Довольно громко звучала идея, что замена жидких электролитов на твердые совершит переворот в электромобильности. По некоторым утверждениям, на таких батареях электрокары могли бы увеличить дальность поездки без подзарядки не меньше, чем в два раза. Кроме того, твердые электролиты значительно безопаснее жидких, поскольку не подвержены возгоранию.
Реалистичные прогнозы более сдержанны: первые серийные твердотельные и полутвердотельные батареи смогут увеличить запас хода на 20% при одинаковой массе батареи по сравнению с современными литий-ионными решениями.
После первых восторженных публикаций о превосходстве твердотельных батарей в информационном поле наступило длительное затишье. На первый взгляд можно было даже решить, что инновационные разработки ни к чему не привели, и рынок твердотела умер, так и не родившись.
В то же время батареи с литий-ионным жидким электролитом за последние десять лет снизились в цене в 4–5 раз, а их технические характеристики постоянно улучшаются. Одновременно во многих странах создается зарядная инфраструктура. Приемлемое соотношение цены и качества обеспечивает лидерство литий-ионных батарей в массовом сегменте рынка.
Изучая рынок, специалисты «Иннохаба Росатома» обратили внимание на спад медийной активности компаний. Проведенный анализ говорит о том, что сегодня игроки рынка убедились в жизнеспособности технологий, и главными задачами стали производство и капитальные расходы. Тишина в медиа ознаменовала переход от эпохи НИОКР и лабораторных испытаний к эпохе построения производственных процессов.
Как выглядит рынок твердотельных батарей сегодня?
Среди лидеров сегодня не стартапы, которым выгоден пиар как инструмент получения инвестиций, а крупные компании. Они зачастую не известны широкой публике, но при этом многие уже вышли на IPO и размещаются на бирже.
Более того, существует не менее шести секторов или технологических школ, каждая из которых пошла своим путем. Самые крупные из них занимаются сульфидными, оксидными, композитными и полимерными электролитами.
Батареи на сульфидных и оксидных электролитах сегодня являются самыми революционными с точки зрения физики. Разработкой батарей на сульфидах занимается, к примеру, «Тойота». Эта технология требует создания отдельного производственного процесса и новых сырьевых цепочек, поэтому сейчас партнер «Тойоты», компания «Idemitsu», строит первый завод по производству сульфида лития.
Оксидную технологию развивает «Фольксваген» через своего партнера «Квантум Скейп», а также несколько китайских компаний.
Однако обе технологии сталкиваются с фундаментальными трудностями при попытках масштабирования и коммерциализации. Сульфидная технология невозможна без сложной операционной цепочки, строжайшего контроля влажности и прочной сырьевой базы. Оксидные электролиты — это дорогостоящее керамическое производство, где пока сложно добиться стандартизации и выйти на масштабирование.
Самые революционные школы сегодня ограничены не физикой технологий, а сложностью масштабирования. Сульфиды и оксиды лучшие по физическим параметрам, но требуют долгих денег, терпения и политической воли.
Золотой серединой могут стать композитные электролиты, поскольку могут легче встроиться в технологический цикл литий-ионных батарей. Однако в производительности композиты проигрывают сульфидным и оксидным электролитам.
Довольно много разработок и в сфере полутвердотельных аккумуляторов. Они остаются важным промежуточным этапом между твердотельными и литий-ионными батареями. На них рынок оттачивает многие технологические процессы. Батареи на полимерных и полутвердотельных электролитах проще и дешевле масштабируются, но не имеют яркого преимущества: решения на литий-ионных электролитах постоянно «съедают» их ценность. Эти технологии не исчезают, а стабилизируются в нишевых сегментах, например, на рынке коммерческого транспорта.
Главные выводы исследования
По мнению аналитиков «Иннохаба», мировая экосистема SSB — это уже не гонка технологий, а проверка на терпение и индустриальную зрелость. Все серьезные игроки сделали выбор технологии и стратегии. Этот выбор не окончательный, но он достаточно дорог, чтобы можно было отменить его без потерь. Конкуренция между школами возможна только на стыке целевых сегментов.
«Твердотельные батареи в ближайшем будущем останутся нишевым продуктом. Они могут постепенно занять место в сферах, где особенно важны безопасность и производительность: космос, оборонная промышленность, системы накопления энергии (ESS), премиальный сегмент электромобилей, интернет-вещей, медтехника, — делится выводами руководитель группы по аналитике Центра-бизнес моделирования «Иннохаба Росатома» Наталья Пчеловодова. — Литий-ионные батареи останутся лидирующим сегментом на массовом рынке как минимум до середины 2030-х годов. По наиболее реалистичному сценарию полная замена батарей с жидким электролитом на твердотельные маловероятна. Скорее всего, произойдет диверсификация рынка, на котором будут сосуществовать несколько технологий, адаптированных под разные задачи».
Самый дефицитный ресурс — терпение капитала. За последние 10-15 лет в SSB сформировался переизбыток концепций при дефиците игроков, готовых пройти в следующий этап — пережить годы без видимого прогресса, продолжая инвестировать.
Справка:
Подробнее об услуге: по ссылке.