Перезаряжаемые цинковые аккумуляторы: преодоление трудностей и поиск возможностей

Аккумулятор FIAMM FG 20722

Йозеф Даниэль-Ивад из организации Zinc Battery Initiative рассказывает о текущем масштабировании производителей и технологий цинковых аккумуляторов.

Цинковые аккумуляторы AEsir Technologies в центре обработки данных

За последние пять лет безопасные и экологичные цинковые аккумуляторы значительно продвинулись в сфере хранения энергии. В них было вложено 1,3 миллиарда долларов частных и государственных инвестиций, что привело к строительству полудюжины заводов.

В прошлом месяце я с удовольствием поработал с руководством Министерства энергетики США на семинаре по цинковым батареям в Университете Западной Вирджинии, где мы разработали план действий по ускорению коммерциализации и масштабированию производства цинковых батарей. Эта возможность помогла мне понять, насколько продвинулась наша отрасль и какие проблемы нам еще предстоит решить.

Перед началом семинара я оценил, насколько далеко продвинулась наша отрасль за шесть лет. С тех пор как в 2020 году Международная ассоциация производителей цинка (International Zinc Association, IZA) запустила инициативу по разработке цинковых аккумуляторов (Zinc Battery Initiative, ZBI), пять компаний-разработчиков уже вышли на рынок, а еще несколько перешли от пилотных проектов к полноценному производству. Пути к масштабированию различаются.

Например, компания Eos Energy Enterprises, производящая цинк-броминовые аккумуляторы, получила выгоду от частных и государственных инвестиций, что позволило ей построить два завода в Пенсильвании с ожидаемой годовой мощностью 8 ГВт.

В отличие от них, производитель никель-цинковых аккумуляторов ZincFive полностью полагался на частные инвестиции и нашел свою нишу в сфере энергоснабжения центров обработки данных, где высокая производительность в сочетании с безопасностью делает цинковые аккумуляторы более предпочтительным вариантом по сравнению с легковоспламеняющимися литий-ионными.

Третья американская компания, производитель никель-цинковых сплавов AEsir Technologies, начинала с частного финансирования, но со временем стала специализироваться на выполнении государственных контрактов по поставке резервного питания для оборонных систем, таких как истребители и подводные лодки. Хотя мы представляем интересы производителей в Азии, Европе и Северной Америке, наибольший рост мы наблюдаем в США, где правительство взяло на себя обязательства по развитию индустрии накопителей энергии и оказывает финансовую поддержку, что крайне важно для того, чтобы помочь развивающимся компаниям перейти от пилотных проектов к масштабному производству.

Поддержка масштабирования

Даже в благоприятной среде нашим участникам нужна поддержка для масштабирования, как мы недавно выяснили во время встречи с производителями, поставщиками и политиками в сфере производства аккумуляторов в Западной Вирджинии. Основные выводы включают в себя разработку стандартов для аккумуляторных материалов, внедрение протоколов оценки характеристик аккумуляторов, создание стандартов безопасности для цинковых аккумуляторов, обеспечение доступного пилотного тестирования и гарантирование производственных заказов для выхода на масштабный уровень.

Одной из областей, которой с энтузиазмом заинтересовались участники семинара в четырех национальных лабораториях, является повышение эффективности цинкового анода. Совместная работа частного и государственного секторов по разработке стандартизированных протоколов тестирования производительности позволит повысить эффективность цинковых аккумуляторов и добиться максимальной удельной энергоемкости.

Не менее важны, чем стандарты качества материалов, стандарты безопасности, которые в настоящее время разрабатываются с учетом ограничений, присущих литий-ионным аккумуляторам. Как мы обсуждали на нашем семинаре, эти нормы были разработаны для легковоспламеняющихся литий-ионных аккумуляторов, которые требуют дорогостоящей системы контроля из-за склонности к тепловому разгону.

В то же время мы видим, что цинковые аккумуляторы не воспламеняются и отлично подходят для использования в стационарных системах с длительным сроком службы, но их применение ограничено нормативными рамками, которые не учитывают их преимущества и риски. Нам следует обновить национальные и отраслевые стандарты, включив в них химические элементы на основе цинка. Инициатива по разработке цинковых аккумуляторов формирует рабочую группу из своих членов, чтобы продвигать эту идею и побуждать коммунальные службы, регулирующие органы и разработчиков оценивать цинковые системы по их достоинствам, а не по рискам, связанным с литием.

Мы также выяснили, что для разработчиков цинковых аккумуляторов доступ к пилотным линиям для тестирования по-прежнему остается дорогостоящим препятствием. Использование пилотной линии в национальной лаборатории может обойтись более чем в 50 000 долларов за неделю тестирования — слишком дорого для многих развивающихся компаний. Мы активно работаем с политиками, чтобы снизить затраты производителей аккумуляторов и помочь им выйти на финальный этап масштабирования производства, где государственная политика может сыграть решающую роль. Коммунальные службы по своей природе не склонны к риску, и их необходимо стимулировать с помощью финансирования и государственной политики к внедрению новых технологий. Мы считаем, что налоговые льготы на производство, инвестиционные налоговые льготы или стимулирующие выплаты, специально разработанные для нелитиевых накопителей большой емкости, побудят коммунальные службы внедрять системы на основе цинка. Аналогичные стимулы существуют для хорошо зарекомендовавших себя литиевых технологий, поэтому внедрение нелитиевых технологий уравняет шансы.

Несмотря на значительный прогресс в производстве цинковых аккумуляторов за последние годы, этот семинар напомнил мне о необходимости дальнейшего сотрудничества и поддержки со стороны государства.

Изменения, которые я наблюдаю в политике США, направлены на развитие отечественной индустрии цинковых аккумуляторов, а не на ускорение энергетического перехода. И эта новая тенденция должна послужить тревожным сигналом для других стран и регионов. Азия также поддерживает индустрию аккумуляторов, и наш членская компания GP Energy Tech строит свой завод в особой экономической зоне Джохор-Сингапур. Наша цель — добиться аналогичных изменений в Европе, где разработчики цинковых аккумуляторов могли бы воспользоваться тем же финансированием и демонстрационными проектами, которые реализуются в Азии и Северной Америке.

Согласно последнему отчету BloombergNEF, согласно которому к 2030 году спрос на накопители энергии вырастет в 15 раз, стимулирование роста производства цинковых аккумуляторов и других безопасных и экологичных технологий с помощью целенаправленной поддержки, о которой мы говорили на недавнем семинаре, имеет решающее значение не только для США, но и для других стран.

Автор: Йозеф Даниэль-Ивад

Йозеф Даниэль-Ивад возглавляет Инициативу по разработке цинковых аккумуляторов (Zinc Battery Initiative, ZBI) — программу, запущенную Международной ассоциацией производителей цинка в 2020 году для популяризации цинковых аккумуляторов и содействия их дальнейшему внедрению. В программу входят ведущие компании отрасли, каждая из которых обладает собственными технологиями, но при этом использует цинк в качестве общей основы для производства высокопроизводительных, безопасных и экологичных аккумуляторов.