モバイルコンピューティングや電気自動車の需要が高まる中、現在の電池技術の限界は障害となっています。 1790 年代にイタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタによって発明された電気電池は、数多くのガジェット、デバイス、機械の主力製品となっています。
消費者向けデバイスが小型化し、充電前の無中断使用がより重要になるにつれ、電池も小型化およびエネルギー効率化がますます重要となってきています。
バッテリー技術
すべての電気バッテリーは、2つの異なる材料間で起こりうる還元と酸化（レドックス）の基本的な化学反応に依存しています。 これらの反応は、閉鎖された密封された容器に収容される。 正極、つまりプラス端子は、負極、つまりマイナス端子によって還元され、そこで酸化が起こります。 正極と負極は、電子が一方の端子からもう一方の端子に流れやすい電解質によって物理的に隔てられている。
Energizer (ENR) などの企業が製造する単3や単4サイズの電池のような使い捨ての消費者用電池（一次電池として知られている）は、現代のアプリケーションに資するものではない技術に依存しています。 一つは、充電式でないこと。 このアルカリ電池は、正極に二酸化マンガン、負極に亜鉛を用い、希薄な二酸化カリウムの電解液で分離している。 電解液が負極の亜鉛を酸化させ、正極の二酸化マンガンが酸化された亜鉛イオンと反応して電気を発生させる。 しかし、徐々に電解液中に反応の副生成物が蓄積され、酸化される亜鉛の残量が少なくなっていきます。 やがて、電池は死んでしまう。 この電池は通常1.5ボルトの電気を供給し、その量を増やすために直列に並べることができる。 例えば、単3電池を2本直列に並べると3ボルトの電気が得られます。
充電式電池（二次電池として知られています）は、2つの物質の間の還元酸化反応を利用して、ほぼ同じように動作しますが、反応を逆に流すことも可能です。
NiCd は大衆市場向けに初めて市販された充電式電池であるが、充電回数が限られているのが難点であった。 ニッケル水素はニッカド電池に取って代わり、より頻繁に充電できるようになった。 しかし、ニッケル水素電池の寿命は非常に短く、製造後すぐに使用しないと効果がない可能性があった。 リチウムイオン電池は、小さな容器に入っていること、寿命が長いこと、充電回数が多いことで、これらの問題点を解決した。 しかし、LiOn電池は、携帯端末やノートパソコンなどの家電製品ではあまり使われていない。 これらの電池は、使い捨てのアルカリ電池よりもはるかに高価であり、一般的にAA、AAA、C、Dなどの従来のサイズではありません。
ほとんどの人々が精通している充電式電池の最後のタイプは、最も一般的に車のバッテリーとして使用されている液体鉛蓄電池です。 この電池は、冷間始動時などに大きな力を発揮しますが、鉛や電解液である硫酸などの有害物質を含んでいます。
現在の電池技術の目標は、リチウムイオン電池の性能に匹敵またはそれ以上の性能を持ちながら、その生産に伴う重いコストを伴わない電池を作ることである。 リチウムイオン・ファミリーの中で、価格を下げながら電池の有効性を高めるために、追加の成分を加えることに焦点が当てられてきた。 例えば、リチウムコバルト（LiCoO2）は、現在多くの携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ、ウェアラブル製品に搭載されている。 リチウムマンガン（LiMn2O4）電池は、電動工具、医療機器、電気自動車のような電動パワートレインに最もよく使われています。
現在、リチウム系電池の性能を高めるための研究開発を行うチームがあります。 リチウム空気（Li-Air）電池は、典型的なリチウム電池の最大10倍という、より大きなエネルギー貯蔵容量を可能にするエキサイティングな新開発である。 この電池は、負極を酸化させるために無料の酸素を使用することで、文字通り「空気を吸う」ことができる。 この技術は有望に見えますが、性能を低下させる副産物がすぐに蓄積されることや、警告なしに電池が機能しなくなる「突然死」の問題など、多くの技術的問題があります。
リチウム金属電池も素晴らしい開発で、現在の電気自動車の電池技術よりも 4 倍近いエネルギー効率が期待できます。 また、このタイプの電池は製造コストがはるかに低く、これを使用する製品のコストを下げることができる。 しかし、この電池は過熱したり、火災を起こしたり、破損すると爆発したりする可能性があるため、安全性の問題が大きな課題となっている。 このほか、リチウム硫黄電池やシリコンカーボン電池も研究されているが、まだ研究の初期段階であり、実用化には至っていない。
電池技術への投資
もし、電池技術がこれらのエキサイティングな新しい方向に進むと、家電製品やテスラモーターズ（TSLA）のような電気自動車の生産コストを下げることができるでしょう。 テスラは最近、より多くの車両を生産するだけでなく、日本の電子機器大手パナソニック（ADR:PCRFY）と共同で、自社のリチウムイオン電池を自社生産する「ギガファクトリー」の建設を発表しました。 電池生産の問題を自らの手で解決することで、テスラは電気自動車と電池技術の両方への投資機会を得るための素晴らしい方法を見つけたのかもしれない。 Visiongainの「Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018」は、バッテリーテクノロジー市場とそのトップメーカーに関する多くの洞察を提供します。 レポート中の企業は以下の通りです：
- 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ユアサコーポレーション
- Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co,
- 日立化成工業株式会社
- Johnson Controls International Plc.
- LG Chem
- Microvast Inc.
- Panasonic Corporation
- Saft Batteries
- Samsung SDI Co.Ltd.
- TDK Corporation/Amperes Technology Ltd (ATL)
- Tesla Inc.
- 天津力神電池有限公司
- Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co, 4536>
- Tianneng Power International Ltd
- Toshiba Corporation
SAMSUNG CO. Ltd.
その他、電池業界の有名どころは以下の通り。
- Arotech Corp (ARTX) リチウムおよび空気亜鉛電池の開発と販売、米軍も顧客にカウントしています。 (PPO)は、主に産業用および医療用の高度に専門化したリチウムポリマー電池を製造しています。
- Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) は代替エネルギー企業で、電気自動車用のバッテリーソリューションを作成するためにデルファイオートモーティブ (DLPH) との過半数出資によるジョイントベンチャーを設立しています。
- Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) は、ナノテクノロジーと材料のグラフェンを活用し、特にグラフェンベースのバッテリーを生産する英国の企業です。
- Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) もグラフェンベースのアプリケーションの研究を行っている。
- EnerSys はバッテリーに関するピュアプレイである。 このETFは、Solactive Global Lithium Indexへの連動を目指し、リチウムの採掘、リチウムの精製、バッテリー生産におけるリチウムの使用など、主にリチウムに焦点を当てた上場企業の分散型ポートフォリオへのエクスポージャーを提供します。 2018年10月時点のLIT ETFの上位保有銘柄は以下の通りです：
- 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
現代では常に電力のためのバッテリーは重要であった。 しかし、モバイルコンピューティングや電気自動車の登場により、その重要性は増すばかりである。 たとえば今、テスラ社の自動車のコストの半分以上をバッテリー・パワーパックが占めています。
その重要性が増しているため、より新しく優れた充電式バッテリーへの研究が活発化しています。 リチウム空気電池とリチウム金属電池は、重要な進歩であることが証明されるかもしれない。 これらの技術が実を結んだ場合、電池生産に携わる大企業、純粋なリチウムイオンメーカー、またはリチウム金属メーカーを介した間接的なエクスポージャーへの投資は、ポートフォリオの将来のパフォーマンスを強化するのに役立つ可能性があります」