Ķīna cietvielu bateriju sacensībā: pārsvars, riski un nākotne

Ķīna ir izveidojusi ievērojamu pārsvaru cietvielu bateriju sacensībā, tomēr pat Pekinā noskaņa ir tālu no mierīgas. Jauna rūpniecības analīze brīdina, ka, neraugoties uz to, ka valstij ir viena no lielākajām pētniecības plūsmām un patentu portfeļiem šajā jomā, tai joprojām var zaudēt pozīcijas, kamēr ASV, Eiropa, Japāna un Dienvidkoreja pastiprina politiku, ražošanu un intelektuālā īpašuma aizsardzību.

Šī spriedze daudz pastāsta par to, kur atrodas bateriju nozare pašlaik. Cietvielu baterijas vairs nav tikai nākotnes temats laboratoriju prezentācijām un investoru slaidiem. Tās pāriet noteicošā industrijas fāzē, brīdī, kad zinātniskais potenciāls sāk saskarties ar mērogu, piegādes ķēdēm un skarbo komerciālo realitāti.

Papīros Ķīna izskatās spēcīga. Tā veido aptuveni 35% no globālā cietvielu bateriju patentu areāla, kas ir lielākā daļa segmentā. Elektrolīta saistībā iesniegto patentu ziņā pozīcija ir pat spēcīgāka — apmēram 39% no pasaules patentiem. Pētniecības rezultāti ir arī strauji pieauguši. 2015. gadā Ķīna publicēja vien 21 rakstu par cietvielu baterijām. Līdz 2023. gadam šis skaits bija pieaudzis līdz 562, kas valstij nodrošina vadošo pozīciju pasaulē.

Vadošas institūcijas, piemēram, Ķīnas Zinātņu akadēmija, tās Metālu pētījumu institūts un Csinghua Universitāte, ir kļuvušas par centrālajiem spēlētājiem, risinot vienu no nozares sarežģītākajām tehniskajām problēmām: cietvielu saskares inženieriju. Tas ir svarīgi, jo materiālu saskare baterijā ir viens no lielākajiem šķēršļiem starp iespaidīgiem prototipiem un dzīvotspējīgu masveida ražošanu.

Patenti stāsta sarežģītāku stāstu

Ja ieskatās dziļāk, globālā varu kārtība kļūst mazāk vienkārša. Līdz 2025. gada novembrim cietvielu bateriju tehnoloģijām bija reģistrēti 16 429 patentu pieteikumi visā pasaulē, izplatīti 6 321 unikālās patentu ģimenēs. Ķīna un Japāna kopējā pieteikumu skaitā ir praktiski uz vienlīnijas — attiecīgi 3 341 un 3 225. ASV seko ar 2 355, bet Dienvidkoreja ar 1 544.

Tomēr kopējais apjoms ir tikai daļa no attēla. Japāna joprojām šķiet tehnoloģiski ietekmīgākā, veidojot aptuveni 37% no globālajiem patentu pieteikumiem, salīdzinot ar aptuveni 30% Ķīnai. Vēl nozīmīgāka ir patieso vērtību patentu kontrole. No pasaules 30 vadošajām institūcijām cietvielu bateriju un elektrolītu patentu jomā, 17 ir japāņu, septiņas ķīniešu, piecas dienvidkorejiešu un viena — Eiropas. Desmitnieku pilnībā dominē Japānas un Dienvidkorejas uzņēmumi.

Toyota joprojām ir liels spēlētājs. Uzņēmums tiek identificēts kā lielākais korporatīvo patentu turētājs cietvielu bateriju jomā, atbildot par aptuveni 40% no globālajiem patentiem sektorā. Šāda koncentrācija ir nozīmīga. Tā liek domāt, ka, lai gan Ķīna ražo milzīgus pētniecības apjomus un aktīvi iesniedz patentus, stratēģiski nostiprinātās IP pozīcijas joprojām ir lielā mērā izvietotas citur.

Ķīnas uzņēmumi neguļ. CATL, BYD un SVOLT ir starp aktīvākajiem pēdējā laika patentu iesniedzējiem, un ķīniešu subjekti 2023. gadā vien iesniedza vairāk nekā 500 pieteikumus. Tomēr viens no ziņojuma skarbākajiem brīdinājumiem attiecas uz ārvalstu patentu pārklājumu. Ķīnas uzņēmumi starptautiskos patentus iesniedz mazāk nekā Japānas un Dienvidkorejas konkurenti, kuri izveidojuši plašāku aizsardzību ASV, Eiropā, Dienvidaustrumāzijā un Indijā.

Šī plaisa vēlāk var izrādīties dārga. Uzlabotajās baterijās zinātnes uzvara ir viena lieta. Tiesības pārdot globāli ir cita.

No laboratorijas solījuma līdz pilotlīnijām

Komerciālais grafiks sāk kļūt skaidrāks. Ziņojuma dati liecina, ka nozare pāriet no pilotmēroga darba uz ierobežotu nelielu partiju ražošanu. Agrīna ražošana tiek prognozēta ap 2027. gadu, savukārt plašāka komercializācija mērķēta uz 2030. gadu.

Jauni atklājumi liecina, ka temps paātrinās. Ķīnas pētnieki ir prezentējuši cietvielu baterijas prototipu ar enerģijas blīvumu 451,5 Wh/kg un apgalvotu uzlādes laiku tikai trīs minūtes. Ja šādas īpašības izdosies reproducēt ārpus laboratorijas, tas piesaistītu lielu uzmanību elektrotransporta industrijā un tālu ārpus tās.

Ganfeng Lithium, kuru atbalsta Changan, ziņo par cietvielu bateriju, kas nodrošina 1 100 ciklu pie 400 Wh/kg, vienlaikus mērķējot uz 500 Wh/kg nākotnes ražošanai orientētos dizainos. CATL, savukārt, ir publiskojis patentu darbus, kas ietver fluoru saturošas litija savienojumu un sulfīda elektrolīta sistēmas, abu mērķis ir uzlabot termisko stabilitāti un iespēju ātrai uzlādei.

Gotion High-tech arī virzās uz priekšu. Uzņēmums ir pabeidzis 2 GWh pilnībā cietvielu bateriju ražošanas līnijas dizainu, kamēr 0,2 GWh pilotlīnija jau darbojas un notiek testēšana transportlīdzekļos.

Pašlaik elektriskie transportlīdzekļi joprojām ir lielākais mērķtirgus, un Ķīnas esošais EV bateriju sektors dod vietējiem spēlētājiem nopietnu starta platformu. CATL vada uzstādījumus ar 29,06 GWh un 47,2% daļu jaunākajā pieejamajā periodā. BYD seko ar 10,49 GWh un 17,1%, bet Gotion atrodas trešajā vietā ar 4,05 GWh un 6,6%.

Tomēr iespējas ātri paplašinās. Cietvielu baterijas arvien biežāk tiek apspriestas humanoīdiem robotiem, elektromobiļiem ar vertikālu pacelšanos un nolaišanos, patērētāju elektronikā un stacionārā enerģijas uzglabāšanā. Citiem vārdiem sakot, tas vairs nav tikai EV stāsts. Jebkura nozare, kas tiecas pēc augstas enerģijas blīvuma, drošības un kompakta akumulatora dizaina, uzmanīgi seko attīstībai.

Inženiertehniskās problēmas tomēr paliek neatlaidīgas. Izstrādātāji joprojām pēta trīs galvenās elektrolīta ceļvežas: sulfīdu, oksīdu un polimēra risinājumus. Neviens no tiem nav kļuvis par galīgu uzvarētāju. Katram ir kompromisi attiecībā uz vadītspēju, izturību, ražošanas piemērotību un izmaksām. Pētnieki arī turpina risināt litija dendrītu augšanu, jonu transporta uzvedību, saskares stabilitāti un bateriju bojājumu mehānismus.

Tātad jā — Ķīnai ir mērogs. Tai ir impulsu attīstība, publikācijas, patentu pieteikumi, pilotlīnijas un daži no lielākajiem bateriju uzņēmumiem pasaulē. Taču cietvielu bateriju sacensību neizšķirs tikai virsraksti vai pieteikumu skaits. Uzvarēs tie, kas spēs pārveidot trauslos atklājumus par ražojamiem produktiem, nodrošināt galvenos tirgus ar starptautiskiem patentiem un piegādāt sērijveidā ātrāk nekā konkurenti.

Vēl viens rādītājs tam, cik nopietni Ķīna uztver nākamo posmu: valsts pirmais nacionālais cietvielu bateriju standarts, saukts par Noteikumi un klasifikācija, tagad ir izlikts sabiedriskai apspriešanai. Projekts formāli iedalītu baterijas šķidrās, hibrīdā cietā-šķidra un pilnībā cietvielu kategorijās.

Tas var likties birokrātiski. Tas nav. Standarti bieži ir klusais signāls, ka tehnoloģija gatavojas atstāt laboratoriju un iekļūt reālajā ekonomikā.