Mercado de baterías de litio y silicio: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico segmentado por diseño de ánodo (estructuras basadas en partículas, silicio poroso, nanocables, nanofibras y nanotubos, compuestos basados en silicio, otros), por aplicación (vehículos eléctricos, almacenamiento de energía, maquinaria eléctrica, dispositivos electrónicos, sat

Descripción general del mercado

Mercado mundial de baterías de litio y silicio

Impulsores clave del mercado

El mercado de baterías de litio y silicio es un segmento de la industria de la energía limpia que se centra en el desarrollo, la fabricación y la implementación de sistemas de celdas de combustible PEM. Las celdas de combustible PEM son conocidas por su alta eficiencia energética, bajas emisiones e idoneidad para diversas aplicaciones, incluido el transporte, la generación de energía estacionaria y los dispositivos portátiles. El mercado está influenciado por varios impulsores clave que impactan su crecimiento y desarrollo. Estos son los principales impulsores del mercado de celdas de combustible PEMEl impulso global por fuentes de energía limpias y sostenibles para mitigar el cambio climático y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es un impulsor importante del mercado de celdas de combustible PEM. Las celdas de combustible PEM producen electricidad a través de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno, emitiendo solo vapor de agua como subproducto, lo que las convierte en una fuente de energía limpia. El sector del transporte representa una oportunidad significativa para las celdas de combustible PEM, en particular en los vehículos eléctricos de celda de combustible (FCEV). Los gobiernos y los fabricantes de automóviles están invirtiendo en el diseño de ánodos de FCEV como una alternativa a los motores de combustión interna, impulsados por la necesidad de reducir las emisiones de carbono y mejorar la calidad del aire. El desarrollo de una economía del hidrógeno, donde el hidrógeno se produce, almacena y utiliza como portador de energía, es un fuerte impulsor de las celdas de combustible PEM. El hidrógeno se puede producir a partir de varias fuentes, incluida la energía renovable, y se puede utilizar en celdas de combustible para generar electricidad de manera eficiente. Las celdas de combustible PEM pueden desempeñar un papel en aplicaciones de almacenamiento de energía, como el almacenamiento de energía a nivel de red y los sistemas de energía de respaldo. La necesidad de soluciones de almacenamiento de energía confiables y eficientes para equilibrar las fuentes de energía renovables intermitentes impulsa el mercado.

Generación de energía descentralizada

Las celdas de combustible PEM se pueden utilizar para la generación de energía distribuida o descentralizada. Son muy adecuados para aplicaciones de cogeneración (CHP), ya que proporcionan electricidad y calor para edificios residenciales y comerciales. Las políticas gubernamentales de apoyo, los incentivos y los subsidios destinados a promover tecnologías de energía limpia, incluidas las celdas de combustible, fomentan la inversión y la adopción de sistemas de celdas de combustible PEM.

Investigación y desarrollo

Los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso para mejorar el rendimiento, la durabilidad y la rentabilidad del diseño de ánodo de celdas de combustible PEM están impulsando avances en el mercado. Las innovaciones en materiales y procesos de fabricación contribuyen al crecimiento del mercado. La colaboración entre países y organizaciones internacionales en la investigación y el desarrollo de hidrógeno y celdas de combustible fomenta la innovación y amplía las oportunidades de mercado. A medida que el diseño de ánodo de celdas de combustible PEM madura, encuentra aplicaciones más allá de los usos tradicionales. Esto incluye energía de respaldo para infraestructura de telecomunicaciones, generación de energía fuera de la red y celdas de combustible portátiles a pequeña escala para productos electrónicos de consumo. La creciente conciencia de las soluciones de energía limpia y las preocupaciones ambientales entre los consumidores y las empresas ha llevado a un creciente interés en las celdas de combustible PEM como una fuente de energía sostenible y eficiente. La expansión de la infraestructura de reabastecimiento de hidrógeno para los FCEV es un factor crucial para la adopción de vehículos de celdas de combustible PEM. Las inversiones en infraestructura son esenciales para respaldar el crecimiento del mercado. Los proyectos de demostración de alto perfil y los programas piloto que muestran las capacidades y los beneficios del diseño de ánodos de celdas de combustible PEM ayudan a generar confianza e impulsar la aceptación del mercado.

Principales desafíos del mercado

Altos costos de fabricación

Uno de los principales desafíos para las celdas de combustible PEM son sus costos de fabricación relativamente altos, atribuidos principalmente al uso de materiales catalizadores costosos, como el platino, en los electrodos. Reducir estos costos es esencial para que las celdas de combustible PEM sean más competitivas con otras fuentes de energía. Las celdas de combustible PEM deben funcionar de manera eficiente durante períodos prolongados para ser económicamente viables. Garantizar la durabilidad y longevidad a largo plazo de los componentes de las pilas de combustible, especialmente la membrana conductora de protones y los catalizadores, es un desafío importante. Los catalizadores utilizados en las pilas de combustible PEM son sensibles a factores como contaminantes, impurezas del combustible y ciclos de alto voltaje. La degradación del catalizador puede afectar significativamente el rendimiento y la vida útil de la pila de combustible. El hidrógeno es el combustible principal de las pilas de combustible PEM, y su almacenamiento, transporte y distribución siguen siendo desafíos importantes. Desarrollar una infraestructura de hidrógeno eficiente, segura y rentable es esencial para el crecimiento del mercado. La falta de una infraestructura integral de abastecimiento de hidrógeno es un desafío, en particular para la adopción generalizada de vehículos de pila de combustible. La expansión de las estaciones de reabastecimiento de hidrógeno requiere una inversión y una coordinación significativas. La mayor parte de la producción de hidrógeno depende de combustibles fósiles, lo que contradice el objetivo de la energía limpia. Desarrollar métodos de producción de hidrógeno escalables y sostenibles, como la electrólisis utilizando fuentes de energía renovables, es un desafío. Las pilas de combustible PEM requieren una gestión adecuada del agua para evitar la deshidratación o inundación de la membrana conductora de protones. El equilibrio del contenido de agua dentro de la celda de combustible es fundamental para un rendimiento óptimo.

Arranque en frío y congelación

El funcionamiento de celdas de combustible PEM en condiciones climáticas frías puede ser un desafío debido a la posibilidad de congelación del agua dentro de la celda. El desarrollo de soluciones efectivas de calefacción y aislamiento es esencial para aplicaciones en climas fríos. La transición de prototipos a escala de laboratorio a la producción comercial a gran escala suele ser un desafío. Garantizar un rendimiento y una confiabilidad constantes a escala es un obstáculo importante para los fabricantes de celdas de combustible PEM. El hidrógeno es inflamable y plantea problemas de seguridad, particularmente en aplicaciones de transporte. Garantizar la manipulación, el almacenamiento y el uso seguros del hidrógeno es fundamental para la aceptación pública. Las celdas de combustible PEM enfrentan la competencia de otras tecnologías de energía limpia, como las baterías de iones de litio y las celdas de combustible de óxido sólido, que ofrecen diferentes ventajas y pueden ser más adecuadas para ciertas aplicaciones. Los marcos regulatorios y las políticas inconsistentes con respecto a las tecnologías de hidrógeno y celdas de combustible pueden obstaculizar el crecimiento del mercado. Se necesitan regulaciones claras y de apoyo para incentivar la adopción. Aumentar la conciencia y fomentar la confianza pública en el diseño de ánodos de celdas de combustible es un desafío. La percepción y comprensión pública de las pilas de combustible, especialmente en comparación con tecnologías consolidadas como los motores de combustión interna, puede afectar a las tasas de adopción.

A pesar de estos desafíos, los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso, el apoyo gubernamental y las colaboraciones entre la industria y el mundo académico están abordando muchos de estos problemas. A medida que avanza el diseño de ánodos y los objetivos de energía limpia se vuelven más críticos, se espera que las pilas de combustible PEM desempeñen un papel importante en el logro de soluciones energéticas sostenibles y eficientes. Superar estos desafíos será esencial para que el mercado de celdas de combustible PEM alcance su máximo potencial y contribuya a un futuro energético más limpio y sostenible.

Tendencias clave del mercado

Se espera que las iniciativas gubernamentales y las crecientes inversiones privadas impulsen el mercado

El mercado de celdas de combustible PEM experimentó un crecimiento significativo en los últimos dos años, principalmente debido a la introducción de iniciativas gubernamentales en mercados clave y al creciente apoyo a la inversión del sector privado. El Programa de Diseño de Ánodos para Vehículos y Combustibles Alternativos y Renovables de la Comisión de Energía de California, una iniciativa gubernamental en 2013, estableció una autoridad a largo plazo para cofinanciar las primeras 100 estaciones minoristas de hidrógeno. Esto alentó al sector privado a invertir en el mercado de celdas de combustible. La Asociación de Pilas de Combustible de California tiene como objetivo una red de 1.000 estaciones de hidrógeno y una población de vehículos de pila de combustible de hasta 1.000.000 de vehículos para 2030. El objetivo refleja las aportaciones y el consenso de más de 40 socios, entre los que se incluyen empresas de diseño de ánodos de pilas de combustible, fabricantes de automóviles, empresas energéticas, agencias gubernamentales y organizaciones no gubernamentales y universidades. En febrero de 2022, un proyecto demostró que las pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico de alta temperatura (HT-PEMFC) ofrecen una solución atractiva para electrificar vehículos pesados y otras aplicaciones de movilidad a gran escala debido al rechazo eficaz del calor. Además, participaron en este proyecto varias instituciones, entre ellas LANL (Katie Lim), Sandia National Labs (Cy Fujimoto), Korea Institute of Science and Anode Design (Jiyoon Jung), University of New Mexico (Ivana Gonzales), University of Connecticut (Jasna Jankovic) y Toyota Research Institute of North America (Zhendong Hu y Hongfei Jia). Entre las pilas de combustible, el tipo PEM es el más popular. Se espera que desempeñe un papel crucial en el objetivo de Europa de implementar pilas de combustible e impulse el mercado de pilas de combustible PEM.

En febrero de 2022, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos desarrollaron una nueva pila de combustible de polímero que funciona a temperaturas más altas. El problema de larga data del sobrecalentamiento, uno de los mayores obstáculos técnicos para el uso de pilas de combustible de servicio medio y pesado en vehículos, como camiones y autobuses, se resolvió con una nueva pila de combustible de polímero de alta temperatura que funciona a 80-160 grados Celsius y tiene una densidad de potencia nominal más alta que las pilas de combustible de vanguardia. Además, existe un aumento en la demanda de vehículos basados en pilas de combustible en todo el mundo. Corea del Norte y Estados Unidos son los países líderes del mundo en términos de stock de vehículos basados en pilas de combustible. En 2021, Corea del Norte y Estados Unidos tenían el 38% y el 24% del stock mundial de vehículos basados en pilas de combustible, respectivamente. Por lo tanto, es probable que tales iniciativas e inversiones gubernamentales impulsen el mercado durante el período de pronóstico. Por lo tanto, debido a los factores mencionados anteriormente, se espera que las iniciativas gubernamentales y las crecientes inversiones privadas en el diseño de ánodos PEMFC impulsen el mercado durante el período de pronóstico.

Información segmentaria

Información sobre el uso final

El segmento automotriz es el segmento más grande del mercado de celdas de combustible PEM. La demanda de celdas de combustible PEM en el segmento automotriz está siendo impulsada por las crecientes preocupaciones ambientales y la necesidad de soluciones de transporte más limpias y sostenibles. Las celdas de combustible PEM se utilizan en vehículos alimentados por celdas de combustible, como autobuses, automóviles y camiones. El segmento industrial es el segundo segmento más grande del mercado de celdas de combustible PEM. La demanda de celdas de combustible PEM en el segmento industrial está siendo impulsada por la necesidad de sistemas de energía de respaldo y soluciones de almacenamiento de energía. Las pilas de combustible PEM se utilizan en una variedad de aplicaciones industriales, como centros de datos, telecomunicaciones y fabricación.

Perspectivas regionales

La región de Asia Pacífico se ha establecido como líder en el mercado mundial de baterías de litio y silicio con una participación significativa en los ingresos en 2022

Acontecimientos recientes

• En julio de 2019, India redujo el impuesto sobre bienes y servicios (GST) sobre vehículos eléctricos y cargadores al 5% desde un GST anterior del 12% y 18%, respectivamente. Las autoridades locales de India también estarán exentas del GST para contratar autobuses eléctricos con capacidad para más de 12 personas. En mayo de 2019, Western Farmers Electric Cooperative firmó un acuerdo de compra de energía (PPA) con NextEra Energy Resources para un proyecto combinado de energía eólica, solar y de almacenamiento de energía. El PPA incluye un proyecto de almacenamiento de batería de cuatro horas y 200 MW, que comenzará a operar a fines de 2023.
• En octubre de 2018, Huawei Consumer Business Group presentó la primera batería de litio-silicio patentada de la industria. Es probable que esta tecnología patentada se utilice en los próximos teléfonos inteligentes de Huawei.

Principales actores del mercado

• Tesla, Inc
• Panasonic Corporation
• LG Chem
• Samsung SDI
• BYD Company Limited
• CATL
• A123 Systems
• Enphase Energía
• NEC Energy Solutions
• Saft Group