Producenci baterii litowych rywalizują o gospodarkę nisko-wysokościową, a baterie lotnicze stają się polem bitwy

Producenci krajowych akumulatorów litowych rywalizują o ekonomiczne eVTOL (elektryczne statki powietrzne do pionowego startu i lądowania) w niskich partiach.

Niedawno producent akumulatorów Xinwanda wypuścił najnowszy akumulator lotniczy "Xin Yunxiao 2.0" i ogłosił, że jego produkt pierwszej generacji został wprowadzony do masowej produkcji; z drugiej strony, gigant akumulatorów CATL ogłosił również, że uzyskał międzynarodową certyfikację systemu zarządzania jakością w przemyśle lotniczym i oficjalnie spełnił standardy branży lotniczej; wcześniej w marcu Yiwei Lithium Energy ogłosiło, że zostanie dostawcą niskonapięciowych akumulatorów litowych dla prototypu samolotu nowej generacji firmy latających samochodów Xiaopeng Huitian. Reporter China Times ustalił, że wielu producentów akumulatorów, w tym CATL (300750.SZ), Xinwanda (300207.SZ), Farasis Energy (688567.SH), Yiwei Lithium Energy (300014.SZ), Zhongxin Aviation (HK3931) i Guoxuan High-tech (002074.SZ), weszło kolejno w dziedzinę akumulatorów lotniczych.

Dlaczego akumulator lotniczy stał się polem bitwy dla producentów akumulatorów litowych?

Wielu ekspertów branżowych powiedziało reporterowi China Times, że stoją za tym dwa główne czynniki: Po pierwsze, przemysł akumulatorów litowych w ostatnich latach popadł w poważną wewnętrzną konkurencję, a firmy pilnie potrzebują znalezienia nowej przestrzeni rynkowej, aby przełamać dylemat; po drugie, gospodarka niskich partii to nowy tor, a pochodny rynek akumulatorów lotniczych jest wciąż na etapie badań i rozwoju, wzorzec konkurencji rynkowej nie został jeszcze ustalony, a perspektywy rozwoju są szerokie. Guojin Securities opublikowało w kwietniu tego roku raport z badań i przewiduje, że do 2030 roku krajowy rynek akumulatorów eVTOL osiągnie 112,6 miliarda juanów.

"Obecnie wielu wiodących krajowych producentów akumulatorów aktywnie wdraża się w dziedzinie przemysłu niskich partii i uważa akumulatory lotnicze za strategiczny tor, a intensywność inwestycji znacznie wzrosła." - powiedział w wywiadzie dla reportera China Times Wang Zeshen, sekretarz generalny China Chemical and Physical Power Industry Association.

"Teraz przemysł akumulatorów litowych jest poważnie zaangażowany, a większość producentów powinna nie tylko spróbować, ale chce dołożyć wszelkich starań, aby to zrobić, ponieważ jest to dobry punkt wyjścia do przełamania obecnej wewnętrznej sytuacji w branży." - powiedział reporterowi Mo Ke, redaktor naczelny Instytutu Badań Zhenli.

Jednak obecnie wciąż istnieje duża przepaść między "ideałem" a "rzeczywistością". Jako nowy typ samolotu, moc wymagana do pionowego startu eVTOL jest 10 do 15 razy większa niż w przypadku podróży po ziemi, a wymagania dotyczące gęstości energii akumulatora są znacznie wyższe niż w przypadku akumulatorów samochodowych. Obecnie gęstość energii głównych akumulatorów litowych wynosi zwykle około 150Wh-250Wh/kg. Dla eVTOL, jego szerokie zastosowanie komercyjne wymaga akumulatorów o gęstości energii ≥400wh/kg.

Oznacza to, że dla większości producentów akumulatorów litowych wciąż długa droga do wygrania "tortu" akumulatorów lotniczych.

Wpis: Sprint gęstości energii

Gęstość energii akumulatora ≥400wh/kg jest warunkiem wstępnym dla eVTOL, aby naprawdę latać na dużą skalę, i jest to również pierwsza przeszkoda, którą producenci akumulatorów litowych muszą pokonać, aby wejść do gospodarki niskich partii.

Na 17. Międzynarodowej Wystawie Technologii Akumulatorów w Shenzhen, która odbyła się niedawno, Xinwanda oficjalnie uruchomiła produkt akumulatorów lotniczych "Xin Yunxiao 2.0", o gęstości energii 360Wh/kg. Jest to drugi produkt generacji uruchomiony przez Xinwandę od czasu, gdy w 2023 roku rozłożyła gospodarkę niskich partii. Mówi się, że jego produkt pierwszej generacji został wprowadzony do masowej produkcji i zakończył 100-kilometrową weryfikację lotu samolotu o masie 100 kilogramów.

Xu Zhongling, dyrektor Instytutu Badań Xinwanda, ujawnił, że firma prowadzi również wstępne badania nad akumulatorami lotniczymi o mocy 400Wh/kg. Jednocześnie opracowano pięciogeneracyjną trasę modernizacji technologii i planuje się osiągnąć cel przekroczenia 500Wh/kg gęstości energii akumulatorów w pełni stałych w 2027 roku.

Dla kontrastu, lider branży CATL wszedł do gry wcześniej i jest o krok do przodu w procesie badań i rozwoju. Już w lipcu 2023 roku CATL i COMAC oraz inne podmioty wspólnie założyły COMAC Times (Shanghai) Aviation Co., Ltd. W sierpniu 2024 roku CATL zainwestowało setki milionów dolarów w Fengfei Aviation, wiodącego krajowego producenta eVTOL, aby oficjalnie rozpocząć wdrażanie akumulatorów lotniczych. W czerwcu tego roku Zeng Yuqun, prezes CATL, ujawnił na publicznym wydarzeniu, że firma z powodzeniem przetestowała 4-tonowy cywilny samolot elektryczny i przyspiesza badania i rozwój 8-tonowego samolotu elektrycznego. Akumulator użyty w tym projekcie to skondensowany akumulator, o gęstości energii pojedynczego ogniwa do 500Wh/kg.

W styczniu tego roku 2-tonowy eVTOL Fengfei Aviation wyposażony w akumulatory CATL oficjalnie zadebiutował na Gali Festiwalu Wiosny. Niedawno CATL ogłosiło również, że przeszło certyfikację systemu AS9100, najwyższy standard jakości w globalnej dziedzinie lotnictwa, co wskazuje, że produkty firmy posiadają międzynarodowe kwalifikacje w dziedzinach dronów i eVTOL.

Oprócz liderów branży, szereg producentów akumulatorów litowych również sprintuje w kierunku rozwoju akumulatorów lotniczych. Farasis Energy twierdzi, że firma stała się jedną z nielicznych firm na świecie, która wprowadziła do masowej produkcji i zainstalowała akumulatory eVTOL i zakończyła dziesiątki tysięcy rzeczywistych testów, a półstałe akumulatory eVTOL firmy weszły w fazę industrializacji. W wywiadzie w grudniu ubiegłego roku Jiang Weiran, dyrektor Instytutu Badań Farasis Energy, ujawnił, że trzecia generacja półstałego akumulatora firmy jest w fazie weryfikacji produktu, o gęstości energii 400Wh/kg.

Ponadto Ji Yajuan, dyrektor Instytutu Badań Materiałów Granicznych EVE Energy, ujawnił na wydarzeniu w kwietniu tego roku, że technologia akumulatorów miękkich na bazie krzemu firmy poczyniła znaczny postęp, z gęstością energii produktu do 380Wh/kg, co może zapewnić wsparcie energetyczne dla samolotów niskich partii. W marcu tego roku Yiwei Lithium Energy ogłosiło, że firma otrzymała powiadomienie o rozwoju wyznaczone przez dostawcę od firmy latających samochodów Xiaopeng Huitian i zapewni jej niskonapięciowy akumulator litowy nowej generacji.

"Obecnie wiodący producenci akumulatorów uznali akumulatory lotnicze za 'drugą krzywą wzrostu', a inwestycje w badania i rozwój stale rosną. Branża jako całość znajduje się na etapie 'weryfikacji technicznej - produkcji próbnej małej partii'." - powiedział w wywiadzie dla reportera China Times Zhang Ruifeng, prezes Shenzhen Automotive and Aviation Research Institute, że gospodarka niskich partii stała się strategiczną twierdzą dla producentów akumulatorów. Sednem sprawy jest potrójna siła napędowa dywidend politycznych, modernizacji technologicznych i błękitnych oceanów rynkowych. Z punktu widzenia potrzeb iteracji technologicznych, tradycyjna technologia akumulatorów samochodowych zbliża się do nasycenia, a akumulatory lotnicze, jako nowy tor, wymagają wyższej gęstości energii, wyższej gęstości mocy i niezawodności w ekstremalnych warunkach. Zapewnia to producentom akumulatorów "nowe pole bitwy" dla przełomów technologicznych. Najnowocześniejsze technologie, takie jak akumulatory litowo-metalowe i akumulatory w stanie stałym, mogą ominąć tradycyjne bariery patentowe akumulatorów litowych i osiągnąć wyprzedzanie na pasach.

"Obecna międzynarodowa konkurencja w dziedzinie akumulatorów lotniczych przedstawia sytuację 'Trzech Królestw'. Po pierwsze, międzynarodowi giganci, tacy jak SES w Stanach Zjednoczonych i Bosch w Niemczech, weszli do łańcucha dostaw wiodących producentów eVTOL, takich jak Joby, dzięki wiodącej technologii akumulatorów litowo-metalowych, ale ich zdolność kontroli kosztów jest słaba, a koszt na Ah jest 2-3 razy wyższy niż w przypadku firm krajowych; po drugie, wiodące firmy krajowe polegają na przewagach kosztowych łańcucha dostaw i wsparciu politycznym, aby zdominować pola średniej i niskiej mocy (takie jak drony poniżej 100kW), ale rynek high-end (taki jak załogowe eVTOL) wciąż musi przełamać barierę certyfikacji zdatności do lotu; po trzecie, gracze transgraniczni, tacy jak GAC Aion, Geely i inne firmy samochodowe, opracowali własne akumulatory, próbując otworzyć pętlę 'pojazd-akumulator', ale ich akumulacja technologii lotniczej jest niewystarczająca i trudno jest w krótkim czasie wstrząsnąć pozycją profesjonalnych producentów akumulatorów." - powiedział Zhang Ruifeng.

Dylemat: Rozwiązanie niemożliwego do osiągnięcia trójkąta

Tak zwany akumulator lotniczy odnosi się do akumulatora zasilającego używanego przez samoloty niskich partii eVTOL. eVTOL można podzielić na załogowe i transportujące ładunek eVTOL. Transportujący ładunek eVTOL jest odpowiednikiem dużych dronów, podczas gdy załogowy eVTOL jest odpowiednikiem małych samolotów. Ten ostatni jest głównym kierunkiem rozwoju gospodarki niskich partii i głównym celem głównych producentów akumulatorów litowych.

W porównaniu z akumulatorami do pojazdów nowej energii, akumulatory lotnicze mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące wskaźników wydajności. Wang Zeshen przedstawił, że odzwierciedla się to głównie w trzech aspektach. Po pierwsze, gęstość energii musi przekraczać 400-500Wh/kg, znacznie przekraczając 200-300Wh/kg akumulatorów samochodowych, aby spełnić wymagania dotyczące wytrzymałości i obciążenia samolotu; po drugie, moc wyjściowa musi uwzględniać start i lądowanie z prędkością 8-10C oraz rejs z prędkością 3-5C, a akumulator musi mieć zdolność rozładowania z dużą prędkością; wreszcie, bezpieczeństwo musi spełniać ryzyko zerowej awarii w ekstremalnych warunkach (takich jak upadek z 15 metrów, niska temperatura 20℃) i należy zagwarantować redundantne zasilanie w przypadku awarii.

Z tego powodu wysoka gęstość energii, wysoka prędkość ładowania i rozładowywania oraz wysokie bezpieczeństwo są również nazywane "niemożliwym do osiągnięcia trójkątem" akumulatorów lotniczych. Rozwiązaniem dla głównych producentów akumulatorów litowych jest osiągnięcie równowagi między trzema elementami dzięki nowym technologiom, w tym akumulatorom w stanie stałym i akumulatorom litowo-metalowym. Na przykład CATL zwiększyło gęstość energii do 500wh/kg dzięki skondensowanym akumulatorom; Xinwangda najpierw obrała trasę półstałego akumulatora i rozwija akumulatory w pełni stałe, aby poprawić gęstość energii i bezpieczeństwo.

Jednak obecna technologia akumulatorów w stanie stałym nie jest jeszcze dojrzała, więc producenci akumulatorów wciąż muszą dokonywać kompromisów między trzema elementami. Xu Zhongling ujawnił kiedyś w wywiadzie: "Na przykład, w niektórych scenariuszach krótkich dystansów o wysokiej częstotliwości startu i lądowania, poświęcimy nieco prędkości ładowania akumulatora i użyjemy wymiany akumulatora, aby rozwiązać problemy z niezawodnością innych parametrów."

Wang Zeshen powiedział reporterom, że obecne akumulatory lotnicze wciąż stoją w obliczu trzech głównych wąskich gardeł technicznych. Z jednej strony, gęstość energii jest ograniczona. Chociaż oczekuje się, że akumulatory w stanie stałym przełamią barierę do 400-500Wh/kg, są one ograniczone przez kontakt interfejsu, stabilność termiczną i wysokie koszty, i trudno jest je skomercjalizować w krótkim czasie. Z drugiej strony, trudno jest zrównoważyć moc i gęstość energii. Konieczne jest przełamanie "efektu huśtawki" poprzez innowacje materiałowe i projekt strukturalny, aby zaspokoić potrzeby wszystkich etapów lotu. Ponadto, akumulator nie jest przystosowany do ekstremalnych warunków, i brakuje systemu certyfikacji specyficznego dla lotnictwa, więc koszty pozostają wysokie. Wyzwania te pilnie wymagają skoordynowanego przełomu w materiałach, projektowaniu systemów i standardach zdatności do lotu.

Kierownik firmy eVTOL powiedział naszemu reporterowi, że akumulatory lotnicze krajowych producentów akumulatorów dopiero zaczynają i nie mogą w pełni spełnić wymagań wydajnościowych dla komercyjnego wykorzystania eVTOL na dużą skalę, a "lęk przed zasięgiem wciąż istnieje obiektywnie."

"Z tego, co wiem, krajowe produkty eVTOL obecnie generalnie używają krajowych akumulatorów. Jednak akumulatory lotnicze krajowych producentów akumulatorów dopiero zaczynają i nie mogą w pełni spełnić wymagań wydajnościowych dla komercyjnego wykorzystania eVTOL na dużą skalę, a lęk przed zasięgiem istnieje obiektywnie." - powiedział w wywiadzie dla naszego reportera Chen Yan, dyrektor ds. strategii Zero Gravity Aircraft Industry (Hefei) Co., Ltd., krajowego producenta hosta eVTOL, że w celu skutecznego rozwiązania problemu lęku przed zasięgiem, samoloty o stałych skrzydłach i wielowirnikowe produkty eVTOL przyjęły konstrukcję wymiany akumulatorów. Optymistycznie szacuje się, że akumulatory lotnicze mają szansę stać się rynkiem na dużą skalę, takim jak pojazdy nowej energii w ciągu najbliższych pięciu lat, a górny i dolny bieg łańcucha przemysłowego, taki jak producenci OEM i fabryki akumulatorów, utworzą relatywnie kompatybilną sytuację rozwoju.

Chen Yan uważa, że w przyszłości akumulatory lotnicze muszą poprawić wydajność w dwóch głównych aspektach. Jednym z nich jest dalsze przełamywanie barier w gęstości energii akumulatora, a drugim dalsze zwiększanie bezpieczeństwa, zwłaszcza ucieczki termicznej. Konkretnie, uważa on, że wymagania dotyczące akumulatorów do komercyjnych zastosowań eVTOL na dużą skalę obejmują gęstość energii ≥ 400wh/kg i żywotność cyklu ≥ 2000 cykli.

"Jeśli chodzi o potrójne akumulatory litowe, kierunek rozwoju prawdopodobnie będzie taki, że ogniwa akumulatorów serii 46 staną się pierwszym wyborem dla eVTOL. Zobaczymy, kiedy akumulatory w stanie stałym będą mogły spełnić to zapotrzebowanie. Obecnie używamy krajowych potrójnych akumulatorów litowych o najwyższej gęstości energii, a gęstość energii ogniwa akumulatora wynosi 320wh/kg. Jednak oprócz producentów potrójnych akumulatorów litowych, nawiązaliśmy również współpracę z firmami produkującymi akumulatory litowo-metalowe i ogniwa paliwowe wodorowe." - powiedział Chen Yan.

Przyszłość: Kiedy może to być opłacalne?

Chociaż badania i rozwój technologii nie nadążają jeszcze za zapotrzebowaniem rynku, akumulatory lotnicze wykazały stosunkowo duże perspektywy rynkowe.

Zhang Ruifeng przedstawił, że w krótkim okresie (2025-2027), scenariusze zastosowań akumulatorów lotniczych to głównie logistyka dronów, zwiedzanie itp., o skali zapotrzebowania od około 5 do 8 miliardów juanów, skoncentrowane głównie na fosforanie litowo-żelazowym 300Wh/kg i potrójnych akumulatorach 400Wh/kg. W średnim okresie (2028-2030), wraz z stopniową komercjalizacją załogowych eVTOL, akumulatory litowo-metalowe 500Wh/kg staną się głównym nurtem, o wielkości rynku przekraczającej 30 miliardów juanów i rocznym skumulowanym tempie wzrostu ponad 50%. W długim okresie (po 2030 roku), wraz z dojrzałością technologii hybrydowej "akumulator wodorowo-litowy", rynek akumulatorów lotniczych może dalej się rozwijać, nałożony z pochodnymi wymaganiami, takimi jak magazynowanie energii i awaryjne zasilanie lotnicze, ogólna skala ma przekroczyć 100 miliardów juanów.

Skąd pochodzi 100-miliardowy rynek akumulatorów lotniczych? Stoją za tym dwa główne powody: Z jednej strony, akumulatory, jako kluczowe komponenty eVTOL, są drogie i stanowią wysoki odsetek całkowitego kosztu maszyny. "Koszt akumulatorów eVTOL jest bezpośrednio związany ze zdolnością integracji łańcucha dostaw, a także jest bezpośrednio związany z wielkością dostaw. Obecnie akumulatory eVTOL nie są znormalizowanymi produktami półkowymi i wszystkie muszą być dostosowane. Dlatego cena akumulatora nie może być tania, zwłaszcza w porównaniu z akumulatorami samochodowymi, o których można powiedzieć, że są dość drogie. W koszcie BOM, wraz z silnikiem i kontrolą elektroniczną, będzie stanowić jedną czwartą, a nawet jedną trzecią całkowitego kosztu eVTOL." - przedstawił reporterom Chen Yan.

Z drugiej strony, ma to wpływ na częstotliwość wymiany akumulatorów eVTOL. Chen Yan powiedział: "Zgodnie z obecnym poziomem technicznym branży akumulatorów, akumulator eVTOL może być używany przez 5-10 lat, w zależności od liczby cykli samego akumulatora i konkretnego scenariusza zastosowania. Zgodnie z ogólną oceną, rynek akumulatorów eVTOL zacznie rosnąć pod względem wolumenu za 3 lata, a wolumen wysyłek będzie o rząd wielkości wyższy niż obecnie i może być kolejnym rzędem wielkości za 5 lat."

Zgodnie z raportem z badań opublikowanym przez Guojin Securities w kwietniu tego roku, krajowy rynek akumulatorów eVTOL osiągnie 112,6 miliarda juanów do 2030 roku, w tym 9,8 miliarda juanów rynku oryginalnego wyposażenia i 102,8 miliarda juanów rynku wtórnego.

Na rynku wstępnie zainstalowanym, zgodnie z "White Paper on Passenger eVTOL Application and Market", skumulowane krajowe zapotrzebowanie na eVTOL w 2030 roku ma wynieść 16 316. Zakładając, że pojedynczy eVTOL ma ładunek 200 kWh i cenę 3 juanów/Wh (cena akumulatorów klasy lotniczej jest o rząd wielkości wyższa niż akumulatorów samochodowych), odpowiadająca wartość akumulatora dla jednego urządzenia wynosi 600 000 juanów, a odpowiadający rynek wstępnie zainstalowany wynosi około 9,8 miliarda juanów.

Rynek wtórny jest bardziej elastyczny ze względu na częstotliwość wymiany. Szacuje się, że przy założeniu 8 lotów dziennie i 1000 cykli żywotności akumulatora, liczba wymian akumulatorów eVTOL osiąga 14 razy. W 20-letnim cyklu życia eVTOL, skumulowane krajowe zapotrzebowanie na eVTOL w 2030 roku ma wynieść 16 316. Zakładając, że średnia cena wymiany wynosi 450 000 juanów za sztukę, rynek wtórny akumulatorów zapewni skumulowany akumulator o wartości około 102,8 miliarda juanów.

Rynek akumulatorów lotniczych ma obiecujące perspektywy, ale harmonogram komercjalizacji jest wciąż niejasny. Wang Zeshen uważa, że proces komercjalizacji akumulatorów lotniczych zależy od skoordynowanego promowania przełomów technologicznych, certyfikacji zdatności do lotu i zapotrzebowania rynku. Obecnie technologie, takie jak akumulatory w stanie stałym o wysokiej gęstości energii i wysokim bezpieczeństwie oraz akumulatory litowo-siarkowe, są wciąż na etapie badań i weryfikacji, a produkcja na dużą skalę i kontrola kosztów nie są jeszcze dojrzałe. Jednocześnie standardy zdatności do lotu są rygorystyczne, a cykl certyfikacji jest długi, wymagając współpracy górnego i dolnego biegu łańcucha przemysłowego w celu rozwiązania problemu. Chociaż pojawiające się scenariusze, takie jak eVTOL, przynoszą potencjalne zapotrzebowanie, operacje demonstracyjne są wciąż głównym celem w krótkim okresie, a komercyjne wykorzystanie na dużą skalę ma nastąpić za 5-10 lat.

Dlatego obecnie nie wiadomo, kiedy akumulatory lotnicze mogą przynieść zyski producentom akumulatorów litowych. Jednak zdaniem Mo Ke, wymagania technologiczne dotyczące akumulatorów lotniczych są bardziej rygorystyczne, a marże zysku brutto będą wyższe, co oznacza, że próg rentowności dla rentowności przedsiębiorstw będzie niższy niż w przypadku akumulatorów do pojazdów nowej energii.

Zhang Ruifeng uważa, że akumulatory lotnicze weszły w etap "przełomów technicznych i jednoczesnej implementacji scenariuszy" z "okresu koncepcyjnego". Kolejne 3-5 lat będą krytycznym okresem dla różnicowania branży. Oczekuje się, że firmy z rezerwami technicznymi (takimi jak akumulatory litowo-metalowe/w stanie stałym), zdolnościami integracji łańcucha dostaw (takimi jak joint venture z producentami materiałów) i zasobami politycznymi będą pierwsze, które osiągną zyski.

“W przypadku akumulatorów do załogowych eVTOL, oczekuje się, że akumulatory litowo-metalowe zakończą certyfikację zdatności do lotu i zostaną zainstalowane w małych partiach w latach 2026-2028, ale początkowy koszt jest wysoki, a koszt pojedynczego akumulatora wynosi ponad 1 milion juanów, firma może osiągnąć próg rentowności dzięki dotacjom rządowym, a w dłuższej perspektywie potrzebuje ekonomii skali, aby obniżyć koszty, to znaczy, że docelowy koszt jest mniejszy niż 5000 juanów/kWh." - powiedział Zhang Ruifeng.