Con l’aumento della domanda di mobile computing e di auto completamente elettriche, i limiti dell’attuale tecnologia delle batterie rappresentano un ostacolo. Inventata nel 1790 dal fisico italiano Alessandro Volta, la batteria elettrica è stata il cavallo di battaglia di numerosi gadget, dispositivi e macchine.
Come i dispositivi di consumo sono diventati più piccoli e il loro uso ininterrotto prima della ricarica più importante, è diventato anche sempre più importante per le batterie diventare miniaturizzate e più efficienti dal punto di vista energetico. Questo, tuttavia, ha dimostrato di essere un ostacolo tecnologico che, se superato, sarà uno sviluppo importante e redditizio per l’economia high-tech di domani.
Tecnologia delle batterie
Tutte le batterie elettriche si basano sulla fondamentale reazione chimica di riduzione e ossidazione (redox) che può avvenire tra due materiali diversi. Queste reazioni sono ospitate in un contenitore chiuso e sigillato. Il catodo, o terminale positivo, viene ridotto dall’anodo, o terminale negativo, dove avviene l’ossidazione. Il catodo e l’anodo sono separati fisicamente da un elettrolita che permette agli elettroni di fluire facilmente da un terminale all’altro. Questo flusso di elettroni causa un potenziale elettrico, che permette una corrente elettrica quando un circuito è completato.
Le batterie di consumo usa e getta (conosciute come batterie primarie), come le pile di dimensioni AA e AAA prodotte da aziende come Energizer (ENR), si basano su una tecnologia che non è favorevole alle applicazioni moderne. Per esempio, non sono ricaricabili. Queste cosiddette batterie alcaline utilizzano un catodo di biossido di manganese e un anodo di zinco, separati da un elettrolita di biossido di potassio diluito. L’elettrolita ossida lo zinco nell’anodo mentre il biossido di manganese nel catodo reagisce con gli ioni di zinco ossidati per creare elettricità. Gradualmente, i sottoprodotti della reazione si accumulano nell’elettrolita e la quantità di zinco rimasta da ossidare diminuisce. Alla fine, la batteria muore. Queste batterie forniscono tipicamente 1,5 volt di elettricità e possono essere disposte in serie per aumentare tale quantità. Per esempio, due batterie AA in serie forniscono tre volt di elettricità.
Le batterie ricaricabili (conosciute come batterie secondarie) funzionano più o meno allo stesso modo, utilizzando una reazione di ossidazione di riduzione tra due materiali, ma permettono anche che la reazione avvenga al contrario. Le batterie ricaricabili più comunemente usate sul mercato oggi sono agli ioni di litio (LiOn), anche se varie altre tecnologie sono state provate nella ricerca di una batteria ricaricabile funzionante, tra cui l’idruro di nichel-metallo (NiMH) e il nichel-cadmio (NiCd).
I NiCd furono le prime batterie ricaricabili disponibili in commercio per il mercato di massa, ma soffrivano di essere capaci solo di un numero limitato di ricariche. Le batterie NiMH sostituirono le batterie NiCd e furono in grado di essere caricate più frequentemente. Sfortunatamente, avevano una durata di conservazione molto breve, quindi se non venivano usate subito dopo essere state prodotte, potevano essere inefficaci. Le batterie LiOn hanno risolto questi problemi venendo in un piccolo contenitore, avendo una lunga durata di conservazione e permettendo molte cariche. Ma le batterie LiOn non sono le più usate nell’elettronica di consumo come i dispositivi mobili e i computer portatili. Queste batterie sono molto più costose delle batterie alcaline usa e getta e in genere non sono disponibili nelle dimensioni tradizionali di AA, AAA, C, D ecc.
L’ultimo tipo di batterie ricaricabili che la maggior parte delle persone ha familiarità con le batterie al piombo liquido, più comunemente usate come batterie per auto. Queste batterie possono fornire molta potenza (come quando si avvia un’auto a freddo), ma contengono materiali pericolosi, tra cui piombo e acido solforico, che viene utilizzato come elettrolita. Questi tipi di batterie devono essere smaltiti con cura in modo da non inquinare l’ambiente o causare danni fisici a coloro che li maneggiano.
L’obiettivo dell’attuale tecnologia delle batterie è quello di creare una batteria che possa corrispondere o migliorare le prestazioni delle batterie LiOn, ma senza i pesanti costi associati alla loro produzione. All’interno della famiglia degli ioni di litio, gli sforzi si sono concentrati sull’aggiunta di ingredienti aggiuntivi per aumentare l’efficacia della batteria abbassando il prezzo. Per esempio, gli accordi litio-cobalto (LiCoO2) si trovano ora in molti telefoni cellulari, computer portatili, fotocamere digitali e prodotti indossabili. Le celle al litio-manganese (LiMn2O4) sono più comunemente usate per utensili elettrici, strumenti medici e propulsori elettrici, come quelli che si trovano nei veicoli elettrici.
Attualmente, ci sono squadre che conducono ricerche e sviluppi per aumentare le prestazioni delle batterie al litio. Le batterie litio-aria (Li-Air) sono un nuovo eccitante sviluppo che potrebbe consentire una capacità di immagazzinamento dell’energia molto maggiore – fino a 10 volte più capacità di una tipica batteria LiOn. Queste batterie “respirano” letteralmente l’aria utilizzando l’ossigeno libero per ossidare l’anodo. Mentre questa tecnologia sembra promettente, ci sono una serie di problemi tecnologici, tra cui un rapido accumulo di sottoprodotti che riducono le prestazioni e il problema della “morte improvvisa” in cui la batteria cessa di funzionare senza preavviso.
Le batterie al litio-metallo sono anche uno sviluppo impressionante, promettendo quasi quattro volte più efficienza energetica rispetto all’attuale tecnologia delle batterie per auto elettriche. Questo tipo di batterie è anche molto meno costoso da produrre, il che farà scendere il costo dei prodotti che le utilizzano. I problemi di sicurezza, tuttavia, sono una grande preoccupazione poiché queste batterie possono surriscaldarsi, causare incendi o esplodere se danneggiate. Altre nuove tecnologie su cui si sta lavorando includono il litio-zolfo e il silicio-carbonio, ma queste celle sono ancora nelle prime fasi della ricerca e non sono ancora commerciabili. Ci sono anche diversi sviluppi intorno alle batterie a energia solare.
Investire nella tecnologia delle batterie
Se e quando la tecnologia delle batterie decollerà in queste nuove entusiasmanti direzioni, abbasserà il costo di produzione dell’elettronica di consumo e dei veicoli elettrici come quelli prodotti da Tesla Motors (TSLA). Tesla ha recentemente annunciato la costruzione di una ‘gigafactory’ non solo per produrre più veicoli, ma anche per produrre le proprie batterie LiOn in casa, in collaborazione con il gigante dell’elettronica giapponese Panasonic (ADR:PCRFY). Prendendo il problema della produzione di batterie nelle proprie mani, Tesla potrebbe aver trovato un ottimo modo per ottenere un’esposizione all’investimento sia nelle auto elettriche che nella tecnologia delle batterie.
Il mercato della tecnologia delle batterie è in qualche modo miope con nuove tecnologie, sviluppi e partnership che catapultano il settore in avanti. Il “Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018” di Visiongain fornisce una grande quantità di informazioni sul mercato della tecnologia delle batterie e sui suoi principali produttori. Le aziende presenti nel rapporto includono le seguenti:
- 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
Altri nomi degni di nota nel settore delle batterie sono i seguenti:
- Arotech Corp (ARTX) sviluppa e distribuisce batterie al litio e zinco-aria e conta l’esercito americano tra i suoi clienti.
- PolyPore Inc. (PPO) produce batterie ai polimeri di litio altamente specializzate, principalmente per usi industriali e medici.
- Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) è una società di energia alternativa che ha una joint venture di maggioranza con Delphi Automotive (DLPH) per creare soluzioni di batterie per veicoli elettrici.
- Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) è una società britannica che sfrutta la nanotecnologia e il materiale grafene per produrre, tra le altre cose, batterie a base di grafene.
- Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) sta anche conducendo ricerche per applicazioni basate sul grafene.
- EnerSys è un pure-play sulle batterie. Attualmente è il più grande produttore di batterie industriali in tutto il mondo.
C’è anche il Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). questo ETF cerca di tracciare l’indice Solactive Global Lithium e fornisce esposizione a un portafoglio diversificato di società quotate che si concentrano principalmente sul litio tra cui l’estrazione del litio, la raffinazione del litio e l’uso del litio nella produzione di batterie. Le migliori partecipazioni nel LIT ETF a ottobre 2018 includevano le seguenti:
- 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%
The Bottom Line
Le batterie sono sempre state importanti nell’era moderna. Tuttavia, con l’avvento del mobile computing e delle auto elettriche, la loro importanza continuerà a crescere. In questo momento, per esempio, le batterie rappresentano più della metà del costo di un’automobile Tesla.
A causa della loro crescente importanza, la ricerca di nuove e migliori batterie ricaricabili sta prendendo piede. Le batterie litio-aria e litio-metallo potrebbero rivelarsi il progresso che conta. Se queste tecnologie finiscono per dare i loro frutti, investire in grandi aziende coinvolte nella produzione di batterie, in produttori di ioni di litio puri o in un’esposizione indiretta attraverso i produttori di litio metallico può aiutare a rafforzare la performance futura di un portafoglio.