Thị trường lưu trữ năm 2023  tầm nhìn 2035 sẽ cung cấp thêm cho thị trường nhiều dòng sản phẩm lưu trữ chất lượng cao, giá bình ổn và hiệu quá đáp ứng nhu cầu lưu trữ công nghiệp thương mại ( hệ >1Mwh) và các hệ thống phân tán từ hộ gia đình ( >5kwh)

Và dòng pin mới trở lại thị trường Pin Natri đang có những bước chuyển mình trở lại tốt hơn trong cuộc đua này

1. Tổng quan về pin Na-ion

1.1 Tình hình chung của điện natri: Sau mấy lần tréo ngoe, bình minh ló dạng

1.1.1 Nguyên tắc làm việc: lithium và natri thuộc cùng một họ và nguyên tắc tương tự nhau

Liti và natri thuộc nguyên tố nhóm chính đầu tiên trong bảng tuần hoàn các nguyên tố và có các tính chất vật lý và hóa học tương tự nhau. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của pin natri-ion về cơ bản giống như pin lithium-ion và cả hai đều thuộc loại “pin ghế bập bênh”. Thành phần của pin natri-ion chủ yếu bao gồm điện cực dương, điện cực âm, chất phân tách, chất điện phân và bộ thu dòng điện. Khi sạc, Na + đi ra khỏi điện cực dương và được đưa vào điện cực âm thông qua chất điện phân qua màng ngăn, do đó điện cực dương ở trạng thái nghèo natri có điện thế cao và điện cực âm ở trạng thái có điện thế thấp. trạng thái giàu natri. Quá trình phóng điện ngược lại, Na+ được giải phóng khỏi điện cực âm và được nhúng vào vật liệu điện cực dương thông qua chất điện phân thông qua bộ phân tách, để điện cực dương trở lại trạng thái giàu natri.

Tương tự như pin lithium-ion, theo quy trình sản xuất, pin natri-ion chủ yếu được chia thành pin hình trụ, gói mềm, hình vuông và hình lưỡi dao. Sự khác biệt chủ yếu thể hiện ở cấu trúc lắp ráp bên trong và hình thức đóng gói của pin. Theo các đặc tính kỹ thuật của pin natri-ion, pin natri-ion trước tiên sẽ được đưa vào thị trường từ các ứng dụng xe điện tốc độ thấp khác nhau và với sự phát triển hơn nữa của ngành, chúng sẽ dần dần tham gia vào các kịch bản ứng dụng lưu trữ năng lượng khác nhau, chẳng hạn như trung tâm dữ liệu và lưu trữ năng lượng tái tạo. , trạm cơ sở truyền thông 5G, lưu trữ năng lượng quy mô gia đình và lưới điện và các lĩnh vực khác.

1.1.2 Lịch sử phát triển: có lúc trì trệ, sau đó trở lại phát triển vượt bậc

Ngay từ cuối những năm 1970, nghiên cứu về pin natri-ion và pin lithium-ion đã được thực hiện gần như đồng thời, tuy nhiên, do hạn chế về khả năng lưu trữ natri của vật liệu cực dương than chì, vốn được nghiên cứu rộng rãi vào thời điểm đó, nghiên cứu trên pin natri-ion đã từng chậm và trì trệ. Cho đến năm 2000, Dahn và cộng sự ở Canada đã phát hiện ra rằng carbon cứng dung lượng cao có thể được sử dụng làm vật liệu điện cực âm để lưu trữ natri và pin natri-ion đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu, nhưng vào thời điểm đó, ngành công nghiệp tập trung vào lithium- pin ion.

Kể từ năm 2010, do nguồn cung cấp tài nguyên lithium ngày càng khan hiếm, pin natri-ion đã thu hút sự chú ý rộng rãi của giới học thuật và công nghiệp trong và ngoài nước, đồng thời các nghiên cứu liên quan của nó đã mở ra sự phát triển bùng nổ. Hiện tại, pin natri-ion đã dần bắt đầu chuyển từ phòng thí nghiệm sang giai đoạn ứng dụng thực tế, có nhiều công ty trong và ngoài nước tham gia, bao gồm Công ty Faradion của Anh, Công ty Năng lượng Natron của Mỹ, Tiamat của Pháp, Hóa chất Kishida của Nhật Bản , Toyota, Panasonic và Mitsubishi Chemicals. , cũng như Zhongkehai Na, Ningde Times, Na Innovative Energy và các công ty khác của đất nước tôi đang tạo ra những bố cục phù hợp cho quá trình công nghiệp hóa pin natri-ion và đã đạt được những tiến bộ quan trọng.

Vào tháng 6 năm 2018, Zhongke Haina, công ty sản xuất pin natri-ion đầu tiên trong nước, đã ra mắt chiếc xe điện tốc độ thấp đầu tiên trên thế giới chạy bằng pin natri-ion (72V, 80Ah) và phát hành pin natri-ion 30kW/100kWh đầu tiên trên thế giới vào tháng 3 năm 2019. Trạm năng lượng lưu trữ năng lượng bằng pin Vào tháng 6 năm 2021, một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin natri-ion 1MWh sẽ được ra mắt và đưa vào vận hành tại Thái Nguyên, Sơn Tây. Công việc trong nước về R&D và sản xuất pin natri-ion, công thức tiêu chuẩn, quảng bá và ứng dụng thị trường đang diễn ra sôi nổi. Pin natri-ion sắp bước vào giai đoạn ứng dụng thương mại và các công việc liên quan đã đi đầu thế giới .

1.2 Hiện trạng dây chuyền công nghiệp: công nghệ an toàn, sắp sản xuất hàng loạt

Các công nghệ sản xuất và chuẩn bị chính của pin natri-ion về cơ bản đã hoàn thiện và sắp được sản xuất hàng loạt. Tương tự như pin lithium-ion, nguyên liệu thô để điều chế pin natri-ion chủ yếu bao gồm bốn vật liệu chính (vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm, chất điện phân và chất phân tách) và các vật liệu phụ trợ chính (tab, bộ thu dòng điện, chất kết dính, chất dẫn điện, vỏ thành phần đợi). Về vật liệu catốt, hiện có nhiều nghiên cứu hơn bao gồm oxit phân lớp, polyanion và xanh Prussian (trắng), trong đó vật liệu catốt oxit phân lớp có mật độ năng lượng lý thuyết cao nhất và dự kiến ​​sẽ là vật liệu đầu tiên được thương mại hóa; về mặt vật liệu catốt vật liệu cực dương, ở giai đoạn này Lộ trình kỹ thuật chủ yếu là carbon cứng, được bổ sung bằng carbon mềm; về chất điện phân, natri hexafluorophosphate là chất điện phân chính; về mặt thu gom hiện tại, việc thay thế lá đồng bằng lá nhôm giá rẻ liên tục tiến bộ; vật liệu màng ngăn có thể tiếp tục sử dụng hệ thống màng ngăn pin lithium.

1.2.1 Vật liệu chính: hệ thống oxit nhiều lớp, song song, dự kiến ​​sẽ là sản phẩm thương mại đầu tiên

Các tuyến kỹ thuật của vật liệu catốt cho pin natri-ion chủ yếu bao gồm các oxit phân lớp, polyanion, xanh Prussian (trắng), oxit đường hầm, v.v. Trong số đó, tuyến oxit phân lớp dự kiến ​​sẽ là tuyến đầu tiên được thương mại hóa. Cấu trúc của vật liệu catốt oxit phân lớp tương tự như vật liệu bậc ba của pin lithium.Mật độ năng lượng lý thuyết của pin thành phẩm cao hơn so với vật liệu polyanion, nhưng vẫn có những vấn đề như chuyển pha cấu trúc phức tạp và tuổi thọ ngắn.Cải thiện hiệu suất toàn diện của vật liệu catốt phân lớp Nó vẫn là một hướng nghiên cứu quan trọng của pin natri-ion. Cấu trúc của các hợp chất đa anion tương tự như cấu trúc của lithium iron phosphate, có cấu trúc khung mở và hiệu suất tốc độ tuyệt vời.Tuy nhiên, loại vật liệu này có độ dẫn điện tử kém và mật độ năng lượng của pin thành phẩm thấp, vì vậy việc sửa đổi lớp phủ carbon thường được yêu cầu.Và chi phí sản xuất hiện tại cao hơn. Vật liệu màu xanh Phổ có độ ổn định cấu trúc và hiệu suất tốc độ tốt do cấu trúc khung ba chiều ổn định, chi phí sản xuất cũng thấp, tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề như nước tinh thể khó loại bỏ, dễ hòa tan kim loại chuyển tiếp và thấp Chu kỳ cuộc sống.

Vật liệu catốt cho pin natri-ion có thể được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau như phản ứng trạng thái rắn, đồng kết tủa, phương pháp sol-gel và phương pháp sấy phun, trong đó phương pháp phản ứng trạng thái rắn được sử dụng phổ biến nhất. Phương pháp phản ứng pha rắn cũng thuộc phương pháp thiêu kết pha rắn nhiều thành phần, nghĩa là dung dịch rắn hoặc hợp chất mới được hình thành thông qua quá trình khuếch tán ion trong quá trình thiêu kết pha rắn nhiều thành phần, có ưu điểm của quy trình đơn giản và chi phí thấp, và có khả năng ứng dụng tương đối cao mạnh mẽ.

Ở giai đoạn này, cách bố trí của các nhà sản xuất pin natri-ion về vật liệu catốt chủ yếu dựa trên các hệ thống oxit phân lớp và quá trình công nghiệp hóa đã được đẩy nhanh đáng kể, bao gồm Zhongkehai Na, Ningde Times, Na Innovative Energy, Polyfluoride, Honeycomb Energy, vân vân. Đồng thời, hai tuyến màu xanh Prussian (trắng) và polyanion dự kiến ​​sẽ dần cải thiện với sự tiến bộ không ngừng của các nhà sản xuất lớn, chẳng hạn như mật độ năng lượng thấp và trở thành nhiều lựa chọn hơn cho vật liệu catốt cho pin natri-ion. Nhắc đến lịch sử lặp lại công nghệ của pin lithium-ion, các lộ trình công nghệ điện cực dương khác nhau dự kiến ​​sẽ tồn tại lâu dài và cạnh tranh lẫn nhau. trong các tình huống sử dụng khác nhau.

Vật liệu cực dương với carbon vô định hình (bao gồm cả carbon cứng và carbon mềm) được coi là vật liệu cực dương hứa hẹn nhất cho pin natri-ion do nguồn tài nguyên dồi dào, cấu trúc đa dạng và hiệu suất toàn diện tuyệt vời. Sự phát triển thành công của cực dương than chì đã thúc đẩy việc thương mại hóa pin lithium-ion. Tuy nhiên, vì lý do nhiệt động lực học, các ion natri rất khó xen kẽ vào khe hở than chì và không dễ tạo thành hợp chất xen kẽ ổn định với carbon, vì vậy cực dương than chì hầu như không có khả năng lưu trữ natri trong chất điện phân cacbonat. Các vật liệu cực dương được báo cáo hiện nay cho pin natri-ion chủ yếu bao gồm các vật liệu cực dương dựa trên carbon, titan, hữu cơ và hợp kim, và tiến trình thương mại hóa nhanh nhất là vật liệu composite dựa trên carbon vô định hình.

Sự kết hợp giữa cacbon mềm và cứng để phát triển vật liệu cực dương hiệu suất cao, chi phí thấp là một hướng phát triển quan trọng. Carbon vô định hình bao gồm carbon cứng và carbon mềm, carbon mềm có thể được graphit hóa ở nhiệt độ cao để tạo ra than chì nhân tạo, trong khi carbon cứng rất khó graphit hóa. So với carbon mềm, carbon cứng có mật độ năng lượng tốt hơn và hiệu suất đầu tiên, trong khi carbon mềm có lợi thế về giá thành, trước đây carbon vô định hình chiếm khoảng 4% tổng số vật liệu điện cực âm. Vật liệu carbon cứng thường thể hiện đặc tính lưu trữ natri tốt, nhưng tiền chất của chúng thường là sinh khối hoặc nhựa tổng hợp, có chi phí cao và tỷ lệ sản xuất carbon thấp nên khó làm nổi bật lợi thế của chúng trong cuộc cạnh tranh khốc liệt. Cao độ Mesophase (dư lượng từ ngành công nghiệp dầu mỏ) có thể được sử dụng làm tiền chất carbon mềm và giá thành thấp hơn. Carbon mềm đã chuẩn bị có cấu trúc trật tự hơn, ít khuyết tật hơn và khoảng cách giữa các lớp ngắn hơn, nhưng dung lượng riêng của nó thường thấp hơn của cacbon cứng. Với những ưu điểm tương ứng của cacbon cứng và mềm, sự kết hợp của cả hai có thể mang lại một chiến lược tốt để phát triển vật liệu cực dương dựa trên cacbon chi phí thấp và hiệu suất cao.

Ở giai đoạn này, lộ trình kỹ thuật của các nhà sản xuất cực dương natri chủ yếu dựa trên carbon cứng và được bổ sung bằng carbon mềm. Có nhiều nhà sản xuất cực dương lớn áp dụng lộ trình carbon cứng, bao gồm Japan Kuraray, BestScope, Betray, Duofuo, Shengquan Group, Yuanli, v.v. Tương đối ít áp dụng lộ trình carbon mềm, chủ yếu là Hua Na Core Energy, Hanhang Technology, v.v. Về năng lực sản xuất, một số nhà sản xuất đã xây dựng dây chuyền sản xuất 1.000 tấn và dây chuyền sản xuất 10.000 tấn vẫn đang được xây dựng.

Không giống như pin lithium, pin natri-ion có thể sử dụng lá nhôm chi phí thấp hơn thay vì lá đồng làm bộ thu dòng điện. Trong số các vật liệu thu gom phổ biến hiện nay, vàng, bạc, đồng và nhôm có độ dẫn tương đối cao nhất trên một đơn vị thể tích, nhưng vàng và bạc là kim loại quý và chi phí sử dụng rõ ràng là cao; trong pin lithium, vì các ion lithium Li+ có thể phản ứng với lá nhôm để ăn mòn điện cực âm của pin, trong khi pin natri-ion không bị ảnh hưởng bởi vấn đề này và chi phí của lá nhôm bằng khoảng một nửa so với lá đồng để đạt được độ dẫn điện tương tự. Các nhà sản xuất tham gia bố trí vật liệu lá nhôm cho pin natri-ion bao gồm Dingsheng New Materials, HEC Sunshine, Wanshun New Materials, Nanshan Aluminium, v.v.

Về vật liệu điện phân, thành phần chất điện phân của pin natri-ion và pin lithium-ion về cơ bản là tương tự nhau. Vật liệu điện phân tương tự như pin lithium chủ yếu là lithium hexafluorophosphate và chất hòa tan của chất điện phân của pin natri ion chủ yếu là natri hexafluorophosphate. Dung môi được chia sẻ bởi cacbonat chuỗi và cacbonat tuần hoàn.Nói chung, các dung môi như EC, DMC, EMC, DEC và PC được sử dụng để tạo thành hệ dung môi hỗn hợp nhị phân hoặc đa thành phần và các chất phụ gia chức năng cụ thể được thêm vào. Do bán kính Stokes nhỏ hơn và năng lượng phân hủy của Na+ so với Li+, về mặt lý thuyết có thể thu được đủ hiệu suất động học bằng cách sử dụng chất điện phân có nồng độ muối thấp. Theo tính toán thực nghiệm, độ dẫn điện của pin natri cao hơn 20% so với pin lithium có cùng nồng độ chất điện giải. Các nhà sản xuất hiện đang triển khai chất điện phân cho pin natri-ion bao gồm Duoduo, Tianci Materials, Xinzhoubang và Yongtai Technology.

Vật liệu màng ngăn của pin natri ion có thể tiếp tục sử dụng hệ thống màng ngăn của pin lithium ion. Hệ thống phân tách được sử dụng trong pin lithium thường là các vật liệu polyme polyolefin, chẳng hạn như màng tổng hợp polyetylen (PE), polypropylen (PP) và PP-PE-PP; ngoài ra, các phân tách sợi thủy tinh (chủ yếu bao gồm carbon dioxide các oxit vô cơ như silicon và alumina) cũng là màng ngăn thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm. Máy tách sợi thủy tinh thường được điều chế bằng phương pháp kéo dây, trong khi vật liệu polyolefin thường được điều chế bằng phương pháp tách pha hoặc phương pháp mở rộng. Điểm chung của cả hai là độ bền cơ học, cách điện tốt và lỗ rỗng dồi dào. Vật liệu màng ngăn được sử dụng trong pin lithium-ion về cơ bản có thể được cấy ghép vào hệ thống pin natri-ion.

1.2.2 Sản xuất pin: Tương thích với thiết bị pin lithium hiện có và dự kiến ​​sẽ được thúc đẩy nhanh chóng

Quy trình sản xuất pin natri-ion có thể gọi là pin lithium-ion, dây chuyền sản xuất của nó về cơ bản giống với quy trình sản xuất pin lithium-ion, điểm khác biệt là pin natri-ion có thể sử dụng lá nhôm làm bộ thu điện cực âm, vì vậy các điện cực dương và âm có thể sử dụng cùng một tab nhôm.Các quy trình (chẳng hạn như quy trình hàn tab) có thể được đơn giản hóa hơn.

Quá trình sản xuất pin natri-ion về cơ bản có thể được chia thành ba phần. lắp ráp tế bào trung gian Quy trình bao gồm xếp chồng hoặc cuộn pin, lắp ráp pin, bơm chất lỏng và niêm phong, v.v. Thiết bị liên quan là máy cuộn, máy cán màng và máy phun chất lỏng, phần thứ ba là quy trình lắp ráp bộ pin, bao gồm thành phần, khối lượng, lắp ráp mô-đun, lắp ráp và thử nghiệm bộ pin, v.v.

1.3 Bối cảnh cạnh tranh: những lợi thế hàng đầu của pin lithium vẫn tiếp tục và các doanh nghiệp vừa và nhỏ đổi mới dự kiến ​​sẽ bứt phá

Ở giai đoạn này, có hai loại doanh nghiệp tham gia sản xuất và sản xuất pin natri-ion, một là các nhà sản xuất pin lithium truyền thống cắt thành pin natri-ion, chẳng hạn như Ningde Times và Penghui Energy, và loại còn lại là tham gia từ “0” đến “1”. Các doanh nghiệp sáng tạo trong bố cục ngành công nghiệp pin natri-ion, chẳng hạn như Zhongkehai Na, Na Innovative Energy, Transart Technology, v.v.

Trong quá trình thương mại hóa pin natri-ion, do cấu trúc và quy trình sản xuất của pin natri-ion và pin lithium-ion tương tự nhau, các công ty pin lithium hàng đầu hiện có sẽ duy trì lợi thế lâu dài; các công ty sáng tạo khác hợp tác có viện nghiên cứu khoa học và có lợi thế công nghệ Doanh nghiệp được kỳ vọng sẽ nổi bật trong làn sóng thị trường hóa pin natri-ion và chiếm thị phần nhất định.

2. Được thúc đẩy bởi nhiều yếu tố, pin natri-ion có nhiều triển vọng

2.1 Chính sách: Pin Na-ion là một trong những công nghệ pin mới đang được phát triển

Pin natri-ion là một trong những công nghệ pin mới được hỗ trợ bởi chính sách quốc gia. Vào tháng 4 năm 2021, Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia và Cơ quan Quản lý Năng lượng Quốc gia đã cùng ban hành “Các ý kiến ​​hướng dẫn về việc phát triển kho lưu trữ năng lượng mới”, lần đầu tiên bao gồm pin natri-ion. Vào tháng 3 năm 2022, Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia và Cơ quan Quản lý Năng lượng Quốc gia đã nêu rõ trong Kế hoạch Phát triển Lưu trữ Năng lượng Mới “Kế hoạch 5 năm lần thứ 14” nhằm thúc đẩy phát triển các công nghệ đa dạng, đồng thời triển khai các thiết bị kỹ thuật chính và tích hợp natri pin -ion và pin lithium-ion mới. Tối ưu hóa nghiên cứu thiết kế và tập trung giải quyết các vấn đề chính. Vào tháng 7 năm 2022, trong “Thông báo của Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin về việc in và phát hành đợt thứ hai Kế hoạch dự án sửa đổi tiêu chuẩn ngành và phiên bản tiếng nước ngoài năm 2022” do Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin ban hành, đợt đầu tiên của nước tôi của tiêu chuẩn ngành pin natri-ion “Từ vựng và thuật ngữ pin natri-ion ” (2022-1103T-SJ) và kế hoạch “Ký hiệu và cách đặt tên cho pin ion natri” (2022-1102T-SJ) đã chính thức được phát hành.

2.2 Xu hướng: Dự kiến ​​sẽ thay thế ắc quy chì-axit và trở thành nguồn bổ sung quan trọng cho hệ thống ắc quy lithium

2.2.1 Tài nguyên: Trữ lượng nguyên tố natri vượt xa trữ lượng nguyên tố liti, không bị giới hạn bởi tài nguyên

Hiện nay, pin lithium-ion đang có đà phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực điện tử tiêu dùng, phương tiện năng lượng mới, lưu trữ năng lượng lưới, tuy nhiên, riêng pin lithium-ion không thể thay đổi hoàn toàn cấu trúc năng lượng truyền thống. và phân phối không đồng đều (70% nằm ở Nam Mỹ) hạn chế (đặc biệt là 80% tài nguyên lithium của đất nước tôi dựa vào nhập khẩu), pin lithium-ion khó hỗ trợ sự phát triển của hai ngành công nghiệp chính là xe điện và lưu trữ năng lượng lưới tại cùng một lúc. Trữ lượng của nguyên tố natri trong vỏ trái đất là khoảng 23000ppm, gấp hơn một nghìn lần so với nguyên tố liti và sự phân bố tương đối đồng đều, không bị hạn chế bởi tài nguyên.

Ngoài vấn đề tài nguyên lithium, các nguyên tố khác thường được sử dụng trong pin lithium-ion như coban và niken có trữ lượng tương đối thấp trong vỏ trái đất, ngược lại, các nguyên tố thường được sử dụng trong pin natri-ion như sắt, trữ lượng mangan và nhôm (bộ thu điện cực âm) trong vỏ trái đất tương đối cao. Những đặc điểm này giúp giảm chi phí vật liệu của pin natri-ion và việc sản xuất quy mô lớn của nó không bị giới hạn bởi các yếu tố địa lý, điều này có lợi cho việc phổ biến và ứng dụng pin natri-ion trên quy mô lớn.

2.2.2 Chi phí: Có thể giảm xuống mức ắc quy chì-axit trong giai đoạn sau

Bộ pin bao gồm nhiều pin được kết nối nối tiếp và song song, trong quá trình lắp ráp sẽ phát sinh thiết bị, phần mềm và các chi phí khác, nhìn chung tương đối cố định, trong khi chi phí pin là chi phí biến đổi. Giống như pin lithium-ion, pin natri-ion cũng bao gồm bốn vật liệu chính, vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm, chất điện phân và chất phân tách, và các vật liệu phụ trợ quan trọng khác nhau như bộ thu dòng điện, chất kết dính, chất dẫn điện, tab và vỏ. các thành phần.

Từ góc độ chi phí pin, các thành phần có chênh lệch chi phí lớn nhất giữa pin natri-ion và pin lithium-ion là vật liệu điện cực dương và bộ thu dòng điện. Do không có lithium kim loại đắt tiền và sử dụng lá nhôm giá rẻ làm vật liệu thu gom hiện tại, chi phí vật liệu của pin natri-ion dự kiến ​​sẽ giảm đáng kể. Về vật liệu điện cực dương, tiền chất của vật liệu điện cực dương cho pin natri-ion chủ yếu là natri cacbonat và giá thành thấp hơn đáng kể so với lithium cacbonat (kể từ ngày 16 tháng 6 năm 2023, giá natri cacbonat là 2241,67 nhân dân tệ/tấn, trong khi giá của lithium cacbonat là 300.000 nhân dân tệ/tấn). Về vật liệu thu gom hiện tại, theo dữ liệu của Flush iFIND, giá đồng vẫn cao gấp 3-4 lần giá nhôm trong hai năm qua.Sau khi pin natri-ion sử dụng lá nhôm làm vật liệu thu gom hiện tại, chi phí cần thiết để đạt được hiệu ứng dẫn điện tương tự dự kiến ​​sẽ đạt được 1 lá đồng./3.

Đối với pin natri-ion của các hệ thống khác nhau, quy trình sản xuất về cơ bản là giống nhau, sự khác biệt về giá thành của pin có cùng thông số kỹ thuật hoặc dung lượng chủ yếu đến từ sự khác biệt trong hệ thống nguyên liệu của pin và lượng nguyên liệu phụ. Theo tính toán của nhóm Hu Yongsheng từ Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc trong “Khoa học và Công nghệ Pin Natri Ion”, chi phí ước tính của vật liệu điện cực dương ở giai đoạn này có thể lên tới 26,4 ~ 42,4 nhân dân tệ / kg; chi phí của hầu hết vật liệu điện cực âm carbon vô định hình ở thị trường trong nước là 8 ~ 20 nhân dân tệ, 10.000 RMB / tấn và vật liệu carbon vô định hình gốc than có thể đạt dưới 15.000 RMB / tấn, do chi phí nguyên liệu thấp hơn, chất điện phân của natri-ion pin sau khi sản xuất quy mô lớn có thể thấp hơn đáng kể so với pin lithium-ion (chất điện phân pin lithium trong nước hiện nay Chi phí chính là 30.000 đến 50.000 nhân dân tệ / tấn); vật liệu màng ngăn vẫn sử dụng hệ thống màng ngăn pin lithium, chi phí của cơ hoành phương pháp ướt chính thống là 1,8 ~ 2,1 nhân dân tệ / m2, và chi phí của cơ hoành kéo đôi phương pháp khô là 0,8 ~ 1,2 nhân dân tệ / m2. Theo mô hình chi phí và hiệu suất của pin BatPaC, theo quy mô và trình độ kỹ thuật hiện có, BOM lý thuyết của pin natri-ion của ba hệ thống (vật liệu điện cực dương là oxit phân lớp đồng-sắt-mangan, trắng Prussian và niken- oxit phân lớp sắt-mangan) Chi phí lần lượt là 0,26 nhân dân tệ/Wh, 0,26 nhân dân tệ/Wh và 0,31 nhân dân tệ/Wh.

Quá trình công nghiệp hóa pin natri-ion đang ở giai đoạn sơ khai và chi phí tiếp theo dự kiến ​​sẽ giảm xuống mức của pin axit-chì. Đề cập đến quá trình công nghiệp hóa pin lithium-ion, quá trình công nghiệp hóa pin natri-ion có thể được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn công nghiệp hóa ban đầu, giai đoạn phát triển và giai đoạn bùng phát. Trong giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa, pin natri-ion đã đạt được một số ứng dụng trình diễn trong lĩnh vực xe điện tốc độ thấp và lưu trữ năng lượng.Quá trình chuẩn bị đã được tối ưu hóa hơn nữa thông qua vật liệu và công nghệ pin.Với sự cải tiến dần dần của dây chuyền công nghiệp , tổng chi phí của pin natri-ion đã giảm dần xuống còn 0,5- 0,7 nhân dân tệ/Wh. Trong giai đoạn phát triển, với sự tiêu chuẩn hóa và tiêu chuẩn hóa ngành công nghiệp xe điện tốc độ thấp, hiệu ứng quy mô của pin natri-ion sẽ dần xuất hiện, công nghệ sản phẩm sẽ trưởng thành hơn và tổng chi phí sẽ giảm xuống còn 0,3 ~ 0,5 nhân dân tệ /à. Thông qua việc sử dụng các công nghệ mới và mở rộng các lĩnh vực ứng dụng, lợi thế tiết kiệm chi phí của pin natri-ion đã trở nên nổi bật hơn và các ngành công nghiệp liên quan đã bùng nổ và tổng chi phí dự kiến ​​sẽ giảm xuống dưới 0,3 nhân dân tệ/Wh. Chi phí của pin axit-chì 12V 10Ah chính thống hiện nay là khoảng 0,4 nhân dân tệ / Wh, do sự phát triển lâu dài của pin axit-chì nên không gian giảm chi phí là vô cùng hạn chế. Sau khi chuyển đổi toàn diện, chi phí trên mỗi đơn vị năng lượng cụ thể của pin natri-ion sẽ gần bằng mức pin axit-chì trong tương lai, hoặc thậm chí thấp hơn.

2.2.3 Hiệu suất toàn diện: thấp hơn một chút so với pin lithium, nhưng cao hơn đáng kể so với pin axit-chì

Hiệu suất tổng thể của pin natri-ion tốt hơn so với pin axit-chì, trong tương lai, nó sẽ lần đầu tiên thay thế pin axit-chì và dần dần nhận ra không có chì trong các loại xe điện tốc độ thấp và các lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Là một công nghệ pin trưởng thành, pin axit-chì có rất ít chỗ để cải thiện về mật độ năng lượng và tuổi thọ sau quá trình phát triển lâu dài. áp lực bảo hộ trong thời gian qua. So với pin axit-chì, pin natri-ion có cùng dung lượng có kích thước nhỏ hơn, tuổi thọ dài hơn và có mật độ năng lượng cao hơn gấp ba lần so với pin axit-chì.Với sự tiến bộ của công nghệ và sự cải tiến hơn nữa của chuỗi công nghiệp, tổng chi phí dự kiến ​​​​sẽ giảm, ở cấp độ của pin chì-axit, việc thay thế pin axit-chì bằng pin natri-ion đã trở thành một xu hướng phát triển quan trọng.

Pin natri-ion vượt trội về độ an toàn và chi phí, và được kỳ vọng sẽ trở thành một thành phần bổ sung quan trọng cho hệ thống pin lithium. Về hiệu suất, mật độ năng lượng cao nhất của pin natri-ion do một số nhà sản xuất phát hành trong những năm gần đây gần bằng mức của pin lithium.Lấy CATL làm ví dụ, mật độ năng lượng của pin natri-ion thế hệ đầu tiên được phát hành trong Năm 2021 sẽ đạt 160Wh. Về mặt an toàn, điện trở trong của pin natri-ion cao, nhiệt sinh ra do đoản mạch thấp hơn so với pin lithium và sẽ không xảy ra sự cố như tinh thể đuôi gai lithium và độ an toàn cao hơn đáng kể so với của pin lithium-ion. So với pin lithium-ion, pin natri-ion có mật độ năng lượng và vòng đời thấp hơn pin lithium-ion, nhưng lại vượt trội so với pin lithium-ion về hiệu suất ở nhiệt độ thấp và khả năng chống phóng điện quá mức. So với pin axit-chì, mật độ năng lượng, điện áp làm việc, tuổi thọ, độ an toàn và thân thiện với môi trường của pin natri-ion cao hơn đáng kể so với pin axit-chì.

Dựa trên các đặc điểm trên, với sự phát triển của công nghiệp hóa, pin natri-ion sẽ dẫn đầu trong việc thay thế thị phần của pin axit-chì, hiện thực hóa không chì trong lĩnh vực xe điện tốc độ thấp và lưu trữ năng lượng, và nó dự kiến ​​sẽ được sử dụng trong lưu trữ năng lượng hộ gia đình, lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại, v.v. Những dịp nhạy cảm về chi phí và quan trọng về an toàn đã trở thành một bổ sung quan trọng cho hệ thống pin lithium.

2.3 Thị trường: Các lô hàng dự kiến ​​đạt 347GWh vào năm 2030

Theo dự báo của EVTank, một tổ chức nghiên cứu, vào cuối năm 2023, ngành công nghiệp sẽ hình thành một dây chuyền sản xuất hàng loạt chuyên dụng có công suất 13,5GWh cho pin natri-ion; đến năm 2030, lô hàng pin natri-ion thực tế có thể đạt 347GWh . Theo tính toán này, từ năm 2024 đến năm 2030, tốc độ tăng trưởng kép của các lô hàng pin natri sẽ đạt 58,1%.

2.3.1 Ắc quy điện: Dự kiến ​​sẽ được sử dụng rộng rãi trên xe điện 2 bánh, xe điện A00 và các lĩnh vực khác

Pin natri-ion có triển vọng lớn trong lĩnh vực xe điện tốc độ thấp. Xe điện tốc độ thấp nói chung là xe điện thuần túy có tốc độ dưới 70 km/h, chủ yếu bao gồm xe đạp điện, xe ba bánh điện, xe điện bốn bánh tốc độ thấp, v.v. Vào tháng 2 năm 2023, Zhongke Haina đã hợp tác với Tập đoàn năng lượng mới Jianghuai để lần đầu tiên thực hiện việc nạp pin natri-ion trên phương tiện nguyên mẫu trên phương tiện đường ngắn hạng A00 “Sihao EX10 Flower Fairy”, với phạm vi hành trình là 252km và dung lượng pin 25kWh, mật độ năng lượng tế bào 140Wh/kg, mật độ năng lượng hệ thống 120Wh/kg, hỗ trợ sạc nhanh 3C đến 4C. Ningde Times đã thông báo rằng các sản phẩm pin natri-ion của công ty sẽ là sản phẩm đầu tiên được lắp đặt trong chiếc ô tô đầu tiên của thương hiệu năng lượng mới iCAR của Chery, dự kiến ​​sẽ ra mắt vào quý 4 năm 2023. Nó sẽ sử dụng dung dịch hỗn hợp natri-ion và pin lithium-ion, và nhãn hiệu pin sẽ là “ENER-Q”, nhưng thời gian lên máy bay thực tế và các kiểu máy cụ thể vẫn chưa được công bố.

Theo dữ liệu của GGII, pin axit-chì vẫn thống trị công nghệ pin được sử dụng trong xe điện hai bánh ở giai đoạn này, chiếm khoảng 70% thị phần. Được thúc đẩy bởi chính sách tiêu chuẩn quốc gia mới, bảo vệ môi trường xanh và các yếu tố khác, tỷ lệ sử dụng pin lithium trong xe hai bánh dự kiến ​​sẽ tăng lên.Tuy nhiên, trong bối cảnh chi phí của pin lithium và ngưỡng kỹ thuật an toàn cao hơn so với pin axit-chì, tiến độ của pin lithium trong xe điện hai bánh tương đối chậm. So với các mẫu xe điện cao cấp khác, xe điện hai bánh có cấu trúc đơn giản và yêu cầu về hiệu suất của pin tương đối thấp, nhưng nhạy cảm hơn về giá thành. Hiệu suất của pin natri-ion vượt xa pin axit-chì về mọi mặt và giá thành sẽ gần bằng mức pin axit-chì sau khi sản xuất quy mô lớn, có tiềm năng thị trường lớn trong lĩnh vực xe hai bánh xe điện. Dựa trên dữ liệu doanh số bán xe điện hai bánh trong 5 năm qua, giả định rằng doanh số bán xe điện hai bánh trong nước sẽ đạt 50 triệu chiếc vào năm 2025 và mỗi chiếc xe điện hai bánh sẽ có mức sạc 1,3 kWh. Tỷ lệ thâm nhập của pin natri-ion trong xe điện hai bánh Nếu là 20%, nhu cầu về pin natri-ion trong lĩnh vực xe điện hai bánh dự kiến ​​sẽ đạt 13GWh.

Xe điện cấp A0 và cấp A00 là một lĩnh vực quan trọng khác mà pin natri-ion dự kiến ​​sẽ được áp dụng. Các mô hình nhỏ và siêu nhỏ loại A00 và loại A0 nhạy cảm hơn với giá cả và có yêu cầu thấp hơn về hiệu suất của pin, pin natri-ion với lợi thế về giá dự kiến ​​​​sẽ thay thế một phần thị phần của pin lithium-ion trong các mô hình như vậy. Trong bối cảnh một số loại xe điện cao cấp giảm giá, tốc độ tăng trưởng của xe điện loại A00 đã chậm lại, nhưng không nên đánh giá thấp thị trường.Các chức năng và kịch bản mà xe điện loại A00 mang lại không có sẵn trong xe điện chủ đạo, và chức năng vận chuyển độc đáo và thuận tiện Đó là lợi thế lớn nhất của sự phát triển của mô hình này. Giả sử đến năm 2025, doanh số hàng năm của xe điện loại A00 và loại A0 sẽ đạt 3 triệu chiếc, công suất điện trung bình của mỗi chiếc xe sẽ là 25 kWh và tỷ lệ thâm nhập thị trường của pin natri-ion sẽ đạt 5% nhu cầu dự kiến ​​đạt 3,75GWh.

2.3.2 Pin lưu trữ năng lượng: triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lưu trữ năng lượng hộ gia đình, lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại và các lĩnh vực khác

Hiện nay, các vấn đề hạn chế gió và ánh sáng trong ngành sản xuất năng lượng mới là nghiêm trọng. Trong những năm gần đây, công nghệ chuyển đổi năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng nước và năng lượng thủy triều thành năng lượng điện đã đạt được những bước phát triển nhanh chóng về tính năng. Theo dữ liệu của Trung tâm giám sát và cảnh báo sớm mức tiêu thụ năng lượng mới quốc gia, vào tháng 4 năm 2023, tỷ lệ sử dụng năng lượng gió là 96,1% và tỷ lệ sử dụng năng lượng quang điện là 97,9%. Khu vực bị cắt giảm năng lượng gió nghiêm trọng nhất là Đông Mông Cổ, nơi có tỷ lệ sử dụng năng lượng gió chỉ là 85,9% trong tháng 4 và khu vực bị cắt giảm năng lượng mặt trời nghiêm trọng nhất ở Tây Tạng, nơi có tỷ lệ sử dụng năng lượng mặt trời chỉ là 75,0% từ tháng 1 đến tháng 4 . Được thúc đẩy bởi các nhu cầu và chính sách chồng chất, thị trường lưu trữ năng lượng mới là rất lớn. Lưu trữ năng lượng là một phần quan trọng của hệ thống điện mới và đóng vai trò không thể thay thế trong việc tiêu thụ năng lượng mới và đảm bảo vận hành trơn tru hệ thống điện. Trong những năm gần đây, các cơ quan chính phủ đã liên tục ban hành các tài liệu như “Kế hoạch thực hiện phát triển kho lưu trữ năng lượng mới trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 14” và “Sách xanh về phát triển hệ thống điện mới” để khuyến khích và hỗ trợ phát triển các hệ thống năng lượng mới. các ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng bao gồm pin natri-ion và pin lưu lượng. Theo số liệu thống kê của CNESA, Liên minh Công nghiệp Lưu trữ Năng lượng Zhongguancun, công suất lưu trữ năng lượng mới trong nước mới sẽ đạt 6,9GW vào năm 2022, tăng 187,5% so với cùng kỳ năm ngoái; công suất lắp đặt tích lũy của lưu trữ năng lượng mới sẽ đạt 12,7 GW, tăng 121,7% so với cùng kỳ năm ngoái.

Trong số tất cả các công nghệ lưu trữ năng lượng điện hóa, pin natri-ion có cấu trúc tương tự như pin lithium-ion nhất, nhưng giá thành tương đối thấp và được kỳ vọng sẽ trở thành một chất bổ sung quan trọng cho hệ thống pin lithium. Theo dữ liệu của Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia, đánh giá về tỷ lệ công nghệ mới được lắp đặt vào năm 2022, công nghệ lưu trữ năng lượng bằng pin lithium-ion chiếm 94,2%, vẫn ở vị trí thống lĩnh. Hiện tại, các công nghệ pin thứ cấp được sử dụng trong lưu trữ năng lượng chủ yếu bao gồm pin chì-axit, pin natri nhiệt độ cao, pin dòng vanadi và pin lithium-ion.Tuy nhiên, các công nghệ pin nói trên đều có những hạn chế riêng và mật độ năng lượng của pin chì-axit tương đối thấp (30 ~ 50Wh / kg) và có áp lực bảo vệ môi trường, pin natri nhiệt độ cao cần hoạt động ở nhiệt độ cao (300 ~ 350 ℃), có một số nguy cơ về an toàn; chi phí đầu tư ban đầu của pin dòng oxi hóa khử toàn vanadi cao, mô-đun lưu trữ năng lượng chiếm một khối lượng tương đối lớn, lớn, bị hạn chế bởi nguồn lithium, pin lithium-ion khó hỗ trợ phát triển xe điện và năng lượng quy mô lớn lưu trữ cùng một lúc. Pin Na-ion, có nguyên lý hoạt động và các thành phần pin tương tự như pin lithium-ion, được kỳ vọng sẽ trở thành nguồn bổ sung quan trọng cho hệ thống pin lithium trong các lĩnh vực lưu trữ năng lượng hộ gia đình, lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại, v.v. do lợi thế của nguồn natri phong phú, chi phí thấp và hiệu suất toàn diện.

Pin natri-ion về cơ bản đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng và đã được chứng minh thương mại. Các yêu cầu về lưu trữ năng lượng trên pin Na-ion được phản ánh trong cả chi phí và vòng đời. Lấy hệ thống lưu trữ năng lượng 30kW/(100kWh) làm ví dụ, giả sử rằng chi phí được thu hồi trong 5 năm và lợi nhuận chênh lệch đỉnh cao trong 5 năm hoạt động là 89.352 nhân dân tệ, thì chi phí của hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ thấp hơn hơn 0,9 nhân dân tệ/Wh. Tính toán ở mức 60%, chi phí của một pin natri phải dưới 0,54 nhân dân tệ/Wh. Giả sử rằng hệ thống đã hoạt động được mười năm, vòng đời của pin sẽ đạt 3650 chu kỳ. Theo các thông số hiệu suất của pin natri-ion được tiết lộ bởi Zhongkehai Na, Na Innovative Energy, v.v., tuổi thọ của pin ở giai đoạn này có thể đạt hơn 4.500 tuần, ban đầu đáp ứng yêu cầu của hệ thống lưu trữ năng lượng điện hóa trong hơn mười năm hoạt động.

Vào tháng 7 năm 2021, Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia đã chỉ ra trong “Các ý kiến ​​hướng dẫn về việc đẩy nhanh phát triển hệ thống lưu trữ năng lượng mới” rằng đến năm 2025, công suất lắp đặt của hệ thống lưu trữ năng lượng mới ở quốc gia của tôi sẽ đạt hơn 30GW. Theo dữ liệu của “Báo cáo nghiên cứu về hoạt động phân phối năng lượng mới và lưu trữ năng lượng” của Hội đồng điện lực Trung Quốc vào tháng 11 năm 2022, đến năm 2025, tổng công suất lắp đặt của kho lưu trữ năng lượng mới được các tỉnh khác nhau ở Trung Quốc lên kế hoạch sẽ vượt quá 60GW. Trong một kịch bản lạc quan, giả sử rằng các mục tiêu lắp đặt bộ lưu trữ năng lượng mới được lên kế hoạch bởi tất cả các tỉnh ở Trung Quốc có thể được thực hiện thành công, tỷ lệ thâm nhập thị trường của pin natri-ion trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng mới sẽ là 10% vào năm 2025 và năng lượng trung bình thời gian lưu trữ là 3 giờ, công suất lắp đặt trong lĩnh vực năng lượng dự kiến ​​đạt 6GW/18GWh.

3. Phân tích đầu tư

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của lưu trữ năng lượng và xe điện, pin natri-ion có một không gian thị trường rộng lớn. Ở giai đoạn này, các công nghệ liên quan của chuỗi công nghiệp về cơ bản đã hoàn thiện và năm 2023 dự kiến ​​​​sẽ trở thành năm đầu tiên sản xuất hàng loạt pin natri. Trong giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa, cần tập trung vào những tiến bộ mới nhất ở hai khía cạnh. Một là cải thiện hiệu suất pin do lặp lại công nghệ, trong đó quan trọng nhất là cải thiện mật độ năng lượng và vòng đời. Trong số tất cả các lộ trình kỹ thuật ở giai đoạn này, hệ thống carbon cứng oxit phân lớp có mật độ năng lượng cao nhất và dự kiến ​​sẽ là lộ trình đầu tiên được thương mại hóa; hai lộ trình Prussian blue (trắng) và polyanion liên tục được các nhà sản xuất lớn quảng bá, và mật độ năng lượng thấp, v.v. Vấn đề này cũng được kỳ vọng sẽ dần cải thiện và trở thành nhiều lựa chọn hơn cho vật liệu cực âm của pin natri-ion. Thứ hai là giảm chi phí pin sau khi sản xuất quy mô lớn, bao gồm chi phí vật liệu và chi phí sản xuất pin. So với pin lithium-ion trưởng thành hơn, chi phí sản xuất của pin natri-ion chưa tạo thành lợi thế đáng kể ở giai đoạn này, với sự tiến bộ của công nghiệp hóa ở giai đoạn sau, các nhà sản xuất lớn sẽ dần tăng năng lực sản xuất và chi phí pin natri-ion dự kiến ​​sẽ giảm xuống ngang bằng với pin axit-chì.Có được lợi thế lớn hơn trong cuộc cạnh tranh thị trường khốc liệt.