Noi oportunități de investiții în tehnologia bateriei
Pe măsură ce crește cererea pentru calculatoare mobile și mașini complet electrice, limitările tehnologiei actuale a bateriilor prezintă un obstacol. Inventată în anii 1790 de fizicianul italian Alessandro Volta, bateria electrică a fost calul de lucru al numeroaselor gadgeturi, dispozitive și mașini.
Deoarece dispozitivele de consum au devenit mai mici și utilizarea lor neîntreruptă înainte de reîncărcare este mai importantă, a devenit tot mai important ca bateriile să devină atât miniaturizate, cât și mai eficiente din punct de vedere energetic. Totuși, acest lucru s-a dovedit a fi un obstacol tehnologic care, dacă va fi depășit, va fi o dezvoltare importantă și profitabilă pentru economia high-tech de mâine.
Tehnologia bateriei
Toate bateriile electrice se bazează pe reacția chimică fundamentală de reducere și oxidare (redox) care poate apărea între două materiale diferite. Aceste reacții sunt adăpostite într-un recipient închis și sigilat. Catodul sau terminalul pozitiv este redus de anod sau terminalul negativ, unde are loc oxidarea. Catodul și anodul sunt separați fizic de un electrolit care permite electronilor să curgă cu ușurință de la un terminal la altul. Acest flux de electroni provoacă un potențial electric, care permite un curent electric atunci când un circuit este finalizat.
Bateriile de unică folosință (cunoscute sub numele de baterii primare), cum ar fi celulele de dimensiuni AA și AAA produse de companii precum Energizer ( ENR ), se bazează pe o tehnologie care nu este propice pentru aplicațiile moderne. În primul rând, acestea nu sunt reîncărcabile. Aceste așa-numite baterii alcaline utilizează un catod de dioxid de mangan și un anod de zinc, separate printr-un electrolit de dioxid de potasiu diluat. Electrolitul oxidează zincul din anod, în timp ce dioxidul de mangan din catod reacționează cu ionii de zinc oxidați pentru a crea electricitate. Treptat, subprodusele de reacție se acumulează în electrolit și cantitatea de zinc rămasă pentru oxidare este diminuată. În cele din urmă, bateria moare. Aceste baterii furnizează în mod obișnuit 1,5 volți de energie electrică și pot fi aranjate în serie pentru a crește cantitatea respectivă. De exemplu, două baterii AA în serie furnizează trei volți de energie electrică.
Bateriile reîncărcabile (cunoscute sub numele de baterii secundare) funcționează în același mod, utilizând o reacție de oxidare de reducere între două materiale, dar permit, de asemenea, reacția să curgă invers. Cele mai utilizate baterii reîncărcabile de pe piață astăzi sunt litiu-ion (LiOn), deși diverse alte tehnologii au fost încercate și în căutarea unei baterii reîncărcabile funcționale, inclusiv hidrură de nichel-metal (NiMH) și nichel-cadmiu (NiCd).
NiCd au fost primele baterii reîncărcabile disponibile în comerț pentru utilizare pe piață în masă, dar au suferit din cauza faptului că sunt capabile doar un număr limitat de reîncărcări. NiMH a înlocuit bateriile NiCd și au putut fi încărcate mai frecvent. Din păcate, au avut o perioadă de valabilitate foarte scurtă, deci dacă nu ar fi utilizate la scurt timp după ce au fost produse, ar putea fi ineficiente. Bateriile LiOn au rezolvat aceste probleme venind într-un container mic, având o durată de viață lungă și permițând multe încărcări. Dar, bateriile LiOn nu sunt cele mai utilizate în electronica de larg consum, cum ar fi dispozitivele mobile și computerele laptop. Aceste baterii sunt mult mai scumpe decât bateriile alcaline de unică folosință și nu vin de obicei în dimensiunile tradiționale AA, AAA, C, D etc.
Ultimul tip de baterii reîncărcabile pe care majoritatea oamenilor îl cunosc sunt bateriile lichide cu plumb-acid, utilizate cel mai frecvent ca baterii auto. Aceste baterii pot furniza multă energie (ca atunci când pornesc la rece o mașină), dar conțin materiale periculoase, inclusiv plumb și acid sulfuric, care este folosit ca electrolit. Aceste tipuri de baterii trebuie eliminate cu grijă, astfel încât să nu polueze mediul înconjurător sau să provoace vătămări fizice celor care le manipulează.
Scopul tehnologiei actuale a bateriei este de a crea o baterie care să se potrivească sau să îmbunătățească performanța bateriilor LiOn, dar fără costurile grele asociate cu producția lor. În cadrul familiei ionilor de litiu, eforturile s-au concentrat pe adăugarea de ingrediente suplimentare pentru a crește eficiența bateriei, reducând în același timp prețul. De exemplu, aranjamentele litiu-cobalt (LiCoO2) se găsesc acum în multe telefoane mobile, laptopuri, camere digitale și produse purtabile. Celulele cu litiu-mangan (LiMn2O4) sunt cel mai frecvent utilizate pentru scule electrice, instrumente medicale și grupuri de propulsie electrice, cum ar fi cele găsite în vehiculele electrice.
În prezent, există echipe care efectuează mare decât o baterie LiOn tipică. Aceste baterii ar respira literalmente aerul folosind oxigen liber pentru oxidarea anodului. Deși această tehnologie pare promițătoare, există o serie de probleme tehnologice, inclusiv o acumulare rapidă a subproduselor care scad performanța și problema „morții subite” în care bateria încetează să funcționeze fără avertisment.
Bateriile litiu-metal sunt, de asemenea, o dezvoltare impresionantă, promițând o eficiență energetică de aproape patru ori mai mare decât tehnologia actuală a bateriilor pentru mașini electrice. Acest tip de baterie este, de asemenea, mult mai puțin costisitor de produs, ceea ce va reduce costurile produselor care le utilizează. Cu toate acestea, problemele de siguranță sunt o preocupare majoră, deoarece aceste baterii pot supraîncălzi, provoca incendii sau exploda dacă sunt deteriorate. Alte noi tehnologii la care se lucrează includ litiu-sulf și siliciu-carbon, dar aceste celule sunt încă în primele faze ale cercetării și nu sunt încă viabile din punct de vedere comercial. Există, de asemenea, mai multe evoluții în jurul bateriilor cu energie solară.
Investiții în tehnologia bateriilor
Dacă și când tehnologia bateriei decolează în aceste noi direcții interesante, aceasta va reduce costul de producție pentru electronice de larg consum și pentru vehicule electrice, cum ar fi cele produse de Tesla Motors ( gigafabrici ” pentru a produce nu numai mai multe vehicule, ci și pentru a produce propriile baterii LiOn, împreună cu gigantul electronic japonez Panasonic (ADR: PCRFY). Luând problema producției de baterii în propriile lor mâini, Tesla ar fi putut găsi o modalitate excelentă de a câștiga expunerea la investiții atât la mașinile electrice, cât și la tehnologia bateriei.
Piața tehnologiei bateriilor este oarecum miopă, cu noile tehnologii, dezvoltări și parteneriate care catapultează industria înainte. „Raportul Top 20 al companiilor producătoare de baterii litiu-ion 2018 ” de Visiongain oferă o mare perspectivă asupra pieței tehnologiei bateriilor și a producătorilor săi de top. Companiile din raport includ următoarele:
- A123 Systems Inc.
- Automotive Energy Supply Corporation (AESC)
- Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
- BYD Company Ltd.
- CBAK Energy Technology Inc.
- Comtemporary 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 Baterii
- 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
Alte nume notabile din industria bateriilor includ următoarele:
- Arotech Corp ( ARTX ) dezvoltă și distribuie baterii cu litiu și zinc-aer și numără armata SUA printre clienții săi.
- PolyPore Inc. ( PPO ) produce baterii cu litiu polimer extrem de specializate, în special pentru utilizări industriale și medicale.
- Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) este o companie de energie alternativă care are o societate mixtă majoritară cu Delphi Automotive ( DLPH ) pentru a crea soluții de baterii pentru vehicule electrice.
- Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) este o companie britanică care folosește nanotehnologia și materialul grafen pentru a produce, printre altele, baterii pe bază de grafen.
- Materialele grafene aplicate (OTCMKTS: APGMF) efectuează, de asemenea, cercetări pentru aplicații bazate pe grafen.
- EnerSys este un joc pur pe baterii. În prezent este cel mai mare producător de baterii industriale din întreaga lume.