Nye muligheder for batteriteknologi

Når efterspørgslen efter mobile computere og helelektriske biler stiger, udgør begrænsningerne ved den nuværende batteriteknologi en vejspærring. Opfundet i 1790'erne af den italienske fysiker Alessandro Volta har det elektriske batteri været arbejdshesten i talrige gadgets, enheder og maskiner.

Da forbrugerudstyr er blevet mindre og deres uafbrudte brug, før de genoplades, er det vigtigere er også blevet stadig vigtigere for, at batterier bliver både miniaturiserede og mere energi effektiv. Dette har imidlertid vist sig at være en teknologisk forhindring, der, hvis den overgås, vil være en vigtig og rentabel udvikling for morgendagens højteknologiske økonomi.

Batteriteknologi

Alle elektriske batterier er afhængige af den grundlæggende kemiske reaktion ved reduktion og oxidation (redox), der kan opstå mellem to forskellige materialer. Disse reaktioner opbevares i en lukket og forseglet beholder. Katoden eller den positive terminal reduceres med anoden eller den negative terminal, hvor der sker oxidation. Katoden og anoden adskilles fysisk af en elektrolyt, der tillader elektroner let at strømme fra den ene terminal til den anden. Denne strøm af elektroner forårsager et elektrisk potentiale, som muliggør en elektrisk strøm, når et kredsløb er afsluttet.

Engangs forbrugsbatterier (kendt som primære batterier), f.eks. Cellerne i AA- og AAA-størrelse produceret af virksomheder som Energizer (ENR), stole på en teknologi, der ikke er gunstig for moderne applikationer. For det første er de ikke genopladelige. Disse såkaldte alkaliske batterier anvender en mangandioxid-katode og en zinkanode, adskilt af en fortyndet kaliumdioxidelektrolyt. Elektrolytten oxiderer zinket i anoden, mens mangandioxid i katoden reagerer med de oxiderede zinkioner for at skabe elektricitet. Efterhånden ophobes reaktionsbiprodukter i elektrolytten, og mængden af ​​zink, der skal oxideres, formindskes. Til sidst dør batteriet. Disse batterier leverer typisk 1,5 volt elektricitet og kan arrangeres serielt for at øge denne mængde. For eksempel leverer to AA -batterier i serie tre volt elektricitet.

Genopladelige batterier (kendt som sekundære batterier) fungerer på nogenlunde samme måde ved hjælp af en reduktion oxidationsreaktion mellem to materialer, men de tillader også, at reaktionen flyder omvendt. De mest almindeligt anvendte genopladelige batterier på markedet i dag er lithium-ion (LiOn), selvom forskellige andre teknologier blev også forsøgt i søgen efter et brugbart genopladeligt batteri, herunder nikkel-metalhydrid (NiMH) og nikkel-cadmium (NiCd).

NiCd var de første kommercielt tilgængelige genopladelige batterier til massemarkedsbrug, men led kun under et begrænset antal genopladninger. NiMH udskiftede NiCd -batterier og kunne oplades oftere. Desværre havde de en meget kort holdbarhed, så hvis de ikke blev brugt kort efter at de var produceret, kunne de være ineffektive. LiOn -batterier løste disse problemer ved at komme i en lille beholder, have en lang holdbarhed og muliggøre mange opladninger. Men LiOn -batterier er ikke de mest almindeligt anvendte i forbrugerelektronik som mobile enheder og bærbare computere. Disse batterier er meget dyrere end engangs alkaline batterier og findes ikke typisk i de traditionelle størrelser AA, AAA, C, D osv.

Den sidste type genopladelige batterier, som de fleste kender, er flydende blybatterier, der oftest bruges som bilbatterier. Disse batterier kan levere meget strøm (som ved kold start af en bil), men indeholder farlige materialer, herunder bly og svovlsyre, der bruges som elektrolyt. Disse slags batterier skal bortskaffes med forsigtighed for ikke at forurene miljøet eller forårsage fysisk skade på dem, der håndterer dem.

Målet med den nuværende batteriteknologi er at skabe et batteri, der kan matche eller forbedre ydelsen af ​​LiOn -batterier, men uden de store omkostninger forbundet med deres produktion. Inden for litiumionfamilien har indsatsen været fokuseret på at tilføje yderligere ingredienser til at øge batteriets effektivitet og samtidig sænke prisskiltet. For eksempel, lithium-kobolt (LiCoO2) -ordninger findes nu i mange mobiltelefoner, bærbare computere, digitale kameraer og bærbare produkter. Lithium-mangan (LiMn2O4) celler bruges mest til elværktøj, medicinske instrumenter og elektriske drivlinjer, f.eks. Dem, der findes i elektriske køretøjer.

I øjeblikket er der hold, der udfører forskning og udvikling for at øge ydeevnen for litiumbaserede batterier. Lithium-luft (Li-Air) batterier er en spændende ny udvikling, der kunne give mulighed for meget større energilagringskapacitet-op til 10 gange mere kapacitet end et typisk LiOn -batteri. Disse batterier ville bogstaveligt talt "indånde" luft ved at bruge frit ilt til at oxidere anoden. Selvom denne teknologi virker lovende, er der en række teknologiske problemer, herunder en hurtig opbygning af ydelsesreducerende biprodukter og problemet med "pludselig død", hvor batteriet holder op med at fungere uden advarsel.

Litium-metalbatterier er også en imponerende udvikling, der lover næsten fire gange mere energieffektivitet end den nuværende elbilbatteri-teknologi. Denne type batteri er også meget billigere at producere, hvilket vil reducere omkostningerne ved produkter, der bruger dem. Sikkerhedsproblemer er imidlertid et stort problem, da disse batterier kan overophedes, forårsage brand eller eksplodere, hvis de er beskadiget. Andre nye teknologier, der arbejdes med, omfatter lithium-svovl og silicium-carbon, men disse celler er stadig i de tidlige faser af forskningen og er endnu ikke kommercielt levedygtige. Der sker også flere udviklinger omkring soldrevne batterier.

Investering i batteriteknologi

Hvis og når batteriteknologien tager fart i disse spændende nye retninger, vil det sænke omkostningerne ved produktion til forbrugerelektronik og til elektriske køretøjer som dem, der produceres af Tesla Motors (TSLA). Tesla annoncerede for nylig konstruktion af en 'gigafactory'for ikke kun at producere flere køretøjer, men også producere sine egne LiOn -batterier i huset sammen med den japanske elektronikgigant Panasonic (ADR: PCRFY). Ved at tage batteriproduktionsproblemet i egne hænder har Tesla muligvis fundet en god måde at få investeringseksponering for både elbiler og batteriteknologi.

Markedet for batteriteknologi er lidt nærsynet med nye teknologier, udviklinger og partnerskaber, der katapulerer industrien fremad. Visiongain “Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018”Giver en stor indsigt i markedet for batteriteknologi og dets førende producenter. Virksomheder i rapporten inkluderer følgende:

•  A123 Systems Inc.
•  Automotive Energy Supply Corporation (AESC)
•  Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
•  BYD Company Ltd.
•  CBAK Energy Technology Inc.
•  Moderne Amperex Technology Ltd (CATL)
•  GS Yuasa Corporation
•  Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co., Ltd.
•  Hitachi Chemical Co., Ltd.
•  Johnson Controls International Plc.
•  LG Chem
•  Microvast Inc.
•  Panasonic Corporation
•  Saft batterier
•  Samsung SDI Co. Ltd.
•  TDK Corporation/Amperes Technology Ltd (ATL)
•  Tesla Inc.
•  Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co., Ltd.
•  Tianneng Power International Ltd.
•  Toshiba Corporation

Andre bemærkelsesværdige navne i batteriindustrien omfatter følgende:

• Arotech Corp (ARTX) udvikler og distribuerer lithium- og zink-luftbatterier og tæller det amerikanske militær blandt sine kunder.
• PolyPore Inc. (PPO) producerer højt specialiserede lithiumpolymerbatterier hovedsageligt til industrielle og medicinske formål.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) er et alternativt energiselskab, der har et majoritetsejet joint venture med Delphi Automotive (DLPH) at skabe batteriløsninger til elbiler.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) er en britisk virksomhed, der udnytter nanoteknologi og materialet grafen til at producere blandt andet grafenbaserede batterier.
• Applied Graphene Materials (OTCMKTS: APGMF) forsker også i grafenbaserede applikationer.
• EnerSys er en rent spil på batterier. Det er i øjeblikket den største producent af industrielle batterier i verden.

Der er også Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). denne ETF søger at spore Solactive Global Lithium Index og giver eksponering for en diversificeret portefølje af børsnoterede virksomheder, der primært fokuserer på lithium, herunder minedrift af lithium, raffinering af lithium og brug af lithium i batteri produktion. Topbeholdninger i LIT ETF fra oktober 2018 omfattede følgende:

• FMC CORP 18,06%
• ALBEMARLE CORP 17,64%
• SAMSUNG SDI CO LTD 7,40%
• ENERSYS 6.91%
• QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6,62%
• LG CHEM LTD 5,41%
• GS YUASA CORP 4.95%
• PANASONIC CORP 4.60%
• TESLA INC 4,37%
• SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4,24%

Bundlinjen

Batterier til strøm har altid været vigtige i den moderne æra. Men med fremkomsten af ​​mobile computere og elbiler vil deres betydning kun blive ved med at vokse. Lige nu tegner batteripakker for eksempel mere end halvdelen af ​​omkostningerne ved en Tesla -bil.

På grund af deres voksende betydning tager forskning i nyere og bedre genopladelige batterier fart. Litium-luft og litium-metal batterier kan vise sig at være den fremgang, der betyder noget. Hvis disse teknologier ender med at betale sig, investerer de i store virksomheder, der er involveret i batteriproduktion, i pure-play litiumionproducenter eller indirekte eksponering via lithiummetalproducenter kan hjælpe med at styrke en porteføljes fremtid ydeevne.