Da efterspørgslen efter mobile computere og helt elektriske biler stiger, udgør begrænsningerne i den nuværende batteriteknologi en vejspærring. Det elektriske batteri, der blev opfundet i 1790’erne af den italienske fysiker Alessandro Volta, har været arbejdshesten i mange gadgets, apparater og maskiner.
I takt med at forbrugerapparaterne er blevet mindre og deres uafbrudte brug før genopladning vigtigere, er det også blevet stadig vigtigere for batterierne at blive både miniatureiseret og mere energieffektive. Dette har imidlertid vist sig at være en teknologisk forhindring, som, hvis den overvindes, vil være en vigtig og indbringende udvikling for morgendagens højteknologiske økonomi.
Batteriteknologi
Alle elektriske batterier er afhængige af den grundlæggende kemiske reaktion med reduktion og oxidation (redox), der kan finde sted mellem to forskellige materialer. Disse reaktioner er indkapslet i en lukket og forseglet beholder. Katoden, eller den positive terminal, reduceres af anoden, eller den negative terminal, hvor der sker oxidation. Katoden og anoden er fysisk adskilt af en elektrolyt, som gør det let for elektronerne at strømme fra den ene terminal til den anden. Denne strøm af elektroner forårsager et elektrisk potentiale, som giver mulighed for en elektrisk strøm, når et kredsløb er afsluttet.
Engangsforbrugerbatterier (kendt som primærbatterier), som f.eks. celler i AA- og AAA-størrelse, der produceres af virksomheder som Energizer (ENR), er baseret på en teknologi, der ikke er egnet til moderne anvendelser. For det første er de ikke genopladelige. Disse såkaldte alkaliske batterier har en katode af mangandioxid og en zinkanode, der er adskilt af en fortyndet kaliumdioxidelektrolyt. Elektrolytten oxiderer zinken i anoden, mens mangandioxiden i katoden reagerer med de oxiderede zinkioner for at skabe elektricitet. Efterhånden ophobes der biprodukter i elektrolytten, og mængden af zink, der er tilbage til at blive oxideret, mindskes. Til sidst dør batteriet. Disse batterier giver typisk 1,5 volt elektricitet og kan sættes i rækkefølge for at øge denne mængde. To AA-batterier i serie giver f.eks. tre volt elektricitet.
Genopladelige batterier (kendt som sekundære batterier) fungerer på stort set samme måde, idet de udnytter en reduktionsoxidationsreaktion mellem to materialer, men de tillader også, at reaktionen kan foregå i omvendt retning. De mest almindeligt anvendte genopladelige batterier på markedet i dag er lithium-ion-batterier (LiOn), selv om forskellige andre teknologier også blev forsøgt i jagten på et brugbart genopladeligt batteri, herunder nikkel-metalhydrid (NiMH) og nikkel-cadmium (NiCd).
NiCd var de første kommercielt tilgængelige genopladelige batterier til brug på massemarkedet, men led under, at de kun kunne oplades i et begrænset antal opladninger. NiMH erstattede NiCd-batterier og kunne oplades oftere. Desværre havde de en meget kort holdbarhed, så hvis de ikke blev brugt hurtigt efter produktionen, kunne de blive ubrugelige. LiOn-batterier løste disse problemer ved at komme i en lille beholder, have en lang holdbarhed og give mulighed for mange opladninger. Men LiOn-batterier er ikke de mest almindeligt anvendte i forbrugerelektronik som f.eks. mobile enheder og bærbare computere. Disse batterier er meget dyrere end alkaliske engangsbatterier og fås typisk ikke i de traditionelle størrelser AA, AAA, C, D osv.
Den sidste type genopladelige batterier, som de fleste kender, er flydende bly-syre-batterier, der oftest anvendes som bilbatterier. Disse batterier kan give meget strøm (f.eks. ved koldstart af en bil), men de indeholder farlige materialer, herunder bly og svovlsyre, der bruges som elektrolyt. Disse typer batterier skal bortskaffes med omhu for ikke at forurene miljøet eller forårsage fysiske skader på dem, der håndterer dem.
Målet med den nuværende batteriteknologi er at skabe et batteri, der kan matche eller forbedre LiOn-batteriernes ydeevne, men uden de store omkostninger, der er forbundet med deres produktion. Inden for lithium-ion-familien har bestræbelserne været fokuseret på at tilføje yderligere ingredienser for at øge batteriets effektivitet og samtidig sænke prisen. F.eks. findes der nu lithium-kobolt-arrangementer (LiCoO2) i mange mobiltelefoner, bærbare computere, digitalkameraer og bærbare produkter. Lithium-mangan-celler (LiMn2O4) anvendes oftest til elværktøj, medicinske instrumenter og elektriske drivlinjer, som f.eks. i elbiler.
I øjeblikket er der hold, der forsker og udvikler for at øge ydeevnen af lithiumbaserede batterier. Lithium-luft-batterier (Li-Air) er en spændende ny udvikling, der kan give mulighed for en meget større energilagringskapacitet – op til 10 gange større kapacitet end et typisk LiOn-batteri. Disse batterier vil bogstaveligt talt “ånde” luft ved at bruge fri ilt til at oxidere anoden. Selv om denne teknologi virker lovende, er der en række teknologiske problemer, herunder en hurtig ophobning af biprodukter, der nedsætter ydeevnen, og problemet med “pludselig død”, hvor batteriet holder op med at fungere uden varsel.
Lithium-metal-batterier er også en imponerende udvikling, der lover næsten fire gange større energieffektivitet end den nuværende batteriteknologi til elbiler. Denne type batteri er også meget billigere at producere, hvilket vil sænke prisen på de produkter, der anvender dem. Sikkerhedsspørgsmål er dog et stort problem, da disse batterier kan overophedes, forårsage brand eller eksplodere, hvis de beskadiges. Andre nye teknologier, der arbejdes på, omfatter lithium-svovl og silicium-kulstof, men disse celler befinder sig stadig i de tidlige faser af forskningen og er endnu ikke kommercielt levedygtige. Der foregår også flere udviklinger omkring solcelledrevne batterier.
Investering i batteriteknologi
Hvis og når batteriteknologien tager fart i disse spændende nye retninger, vil det sænke produktionsomkostningerne for forbrugerelektronik og for elektriske køretøjer som dem, der produceres af Tesla Motors (TSLA). Tesla annoncerede for nylig opførelsen af en “gigafabrik” for ikke blot at producere flere køretøjer, men også at producere sine egne LiOn-batterier i huset i samarbejde med den japanske elektronikgigant Panasonic (ADR:PCRFY). Ved at tage batteriproduktionsproblemet i deres egne hænder kan Tesla have fundet en god måde at få investeringseksponering til både elbiler og batteriteknologi på.
Batteriteknologimarkedet er noget nærsynet med nye teknologier, udviklinger og partnerskaber, der katapulterer industrien fremad. Visiongain’s “Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018” giver en stor indsigt i batteriteknologimarkedet og dets førende producenter. Virksomhederne i rapporten omfatter følgende:
- 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 Batteries
- 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 batteribranchen omfatter følgende:
- Arotech Corp (ARTX) udvikler og distribuerer lithium- og zink-luft-batterier og tæller det amerikanske militær blandt sine kunder.
- PolyPolyPore Inc. (PPO) producerer højt specialiserede litiumpolymerbatterier primært til industriel og medicinsk brug.
- Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) er en virksomhed inden for alternativ energi, der har et majoritetsejet joint venture med Delphi Automotive (DLPH) for at skabe batteriløsninger til elbiler.
- Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) er et britisk selskab, der udnytter nanoteknologi og materialet grafen til at fremstille bl.a. grafenbaserede batterier.
- Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) forsker også i grafenbaserede applikationer.
- EnerSys er et rent spil på batterier. Det er i øjeblikket den største producent af industrielle batterier på verdensplan.
Der er også Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). denne ETF søger at følge Solactive Global Lithium Index og giver eksponering for en diversificeret portefølje af børsnoterede selskaber, der primært fokuserer på lithium, herunder udvinding af lithium, raffinering af lithium og anvendelse af lithium i batteriproduktion. De største beholdninger i LIT ETF’en pr. 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 strømforsyning har altid været vigtige i den moderne tidsalder. Men med fremkomsten af mobile computere og elbiler vil deres betydning kun fortsætte med at vokse. Lige nu udgør f.eks. batteriernes strømforsyningspakker mere end halvdelen af prisen på en Tesla-bil.
På grund af deres voksende betydning er forskningen i nyere og bedre genopladelige batterier ved at tage fart. Lithium-luft- og lithium-metal-batterier kan vise sig at være det fremskridt, der betyder noget. Hvis disse teknologier ender med at give pote, kan investeringer i store virksomheder, der er involveret i batteriproduktion, i rene litium-ion-producenter eller indirekte eksponering via litiummetalproducenter være med til at styrke en porteføljes fremtidige performance.