Тъй като търсенето на мобилни компютри и изцяло електрически автомобили се увеличава, ограниченията на настоящата батерийна технология представляват препятствие. Изобретен през 1790-те години от италианския физик Алесандро Волта, електрическата батерия е била работен кон на множество джаджи, устройства и машини.
Тъй като потребителските устройства стават все по-малки и непрекъснатата им употреба преди презареждане е по-важна, също така става все по-важно батериите да станат едновременно миниатюрни и по-енергийно ефективни. Това обаче се оказа технологично препятствие, което ако бъде надминато, ще бъде важно и печелившо развитие за утрешната високотехнологична икономика.
Технология на батерията
Всички електрически батерии разчитат на основната химическа реакция на редукция и окисляване (редокс), която може да възникне между два различни материала. Тези реакции се съхраняват в затворен и затворен контейнер. Катодът или положителният терминал се намалява от анода, или отрицателния терминал, където се извършва окисляване. Катодът и анодът са разделени физически чрез електролит, който позволява на електроните лесно да преминават от един терминал в другия. Този поток от електрони предизвиква електрически потенциал, който дава възможност за електрически ток при завършване на верига.
Потребителските батерии за еднократна употреба (известни като първични батерии), като клетки с размер AA- и AAA, произведени от компании като Energizer (ENR), разчитат на технология, която не е благоприятна за съвременните приложения. За един, те не са презареждащи се. Тези така наречени алкални батерии използват катод на манганов диоксид и цинков анод, разделени от разреден електролит на калиев диоксид. Електролитът окислява цинка в анода, докато мангановият диоксид в катода реагира с окислените цинкови йони, за да създаде електричество. Постепенно в електролита се натрупват странични продукти от реакцията и количеството цинк, оставено да се окисли, намалява. В крайна сметка батерията умира. Тези батерии обикновено осигуряват 1, 5 волта електричество и могат да бъдат подредени последователно, за да увеличат това количество. Например две батерии тип АА осигуряват три волта електричество.
Акумулаторните батерии (известни като вторични батерии) работят по същия начин, използвайки реакция на редукционно окисляване между два материала, но те също позволяват реакцията да протича обратно. Най-често използваните акумулаторни батерии на пазара днес са литиево-йонни (LiOn), въпреки че се опитваха и различни други технологии в търсенето на работеща акумулаторна батерия, включително никел-метал хидрид (NiMH) и никел-кадмий (NiCd).
NiCd са първите търговски достъпни акумулаторни батерии за масово използване на пазара, но страдат от възможността за само ограничен брой презареждания. NiMH замени NiCd батерии и можеха да се зареждат по-често. За съжаление те имаха много кратък срок на годност, така че ако не бъдат използвани скоро след производството им, те могат да бъдат неефективни. LiOn батерии решиха тези проблеми, като дойдоха в малък контейнер, с дълъг срок на годност и позволяват много зареждания. Но батериите LiOn не са най-често използваните в потребителската електроника като мобилни устройства и лаптопи. Тези батерии са много по-скъпи от алкалните батерии за еднократна употреба и обикновено не се предлагат в традиционните размери AA, AAA, C, D и т.н.
Последният тип акумулаторни батерии, с които повечето хора са запознати, са течните оловно-кисели батерии, които най-често се използват като автомобилни батерии. Тези батерии могат да осигурят много енергия (както при студено стартиране на автомобил), но съдържат опасни материали, включително олово и сярна киселина, която се използва като електролит. Този тип батерии трябва да бъдат изхвърляни внимателно, за да не замърсяват околната среда или да причинят физически наранявания на хората, които работят с тях.
Целта на настоящата батерийна технология е да създаде батерия, която може да съответства или подобрява работата на батериите LiOn, но без големите разходи, свързани с производството им. В рамките на семейството на литиеви йони усилията бяха насочени към добавяне на допълнителни съставки, за да се повиши ефективността на батерията, като същевременно се намали ценовата цена. Например, литиево-кобалтовите (LiCoO2) аранжименти се намират в много мобилни телефони, лаптопи, цифрови фотоапарати и носими продукти. Литиево-мангановите (LiMn2O4) клетки най-често се използват за електроинструменти, медицински инструменти и електрически силови двигатели, като тези, намиращи се в електрическите превозни средства. (За повече информация вижте: Защо автомобилите на Tesla са толкова скъпи? )
В момента има екипи, които провеждат изследвания и разработки, за да увеличат работата на батерии на литиева основа. Литиево-въздушните (Li-Air) батерии са ново вълнуващо развитие, което би могло да позволи много по-голям капацитет за съхранение на енергия - до 10 пъти по-голям капацитет от типичната LiOn батерия. Тези батерии буквално биха „дишали“ въздух, като използват свободен кислород за окисляване на анода. Въпреки че тази технология изглежда обещаваща, има редица технологични проблеми, включително бързо натрупване на странични продукти, намаляващи производителността, и проблем с „внезапна смърт“, при която батерията престава да работи без предупреждение.
Литиево-металните батерии също са впечатляващо развитие, което обещава близо четири пъти повече енергийна ефективност от сегашната технология за акумулатор на електрически автомобили. Този тип батерии също са много по-евтини за производство, което ще намали цената на продуктите, които ги използват. Проблемите с безопасността обаче са основен проблем, тъй като тези батерии могат да се прегреят, да причинят пожар или да избухнат, ако се повредят. Други нови технологии, върху които се работи, включват литий-сяра и силиций-въглерод, но тези клетки са все още в ранните фази на изследванията и все още не са жизнеспособни в търговската мрежа. Има и няколко разработки, възникващи около батерии със слънчева енергия.
Инвестиране в технологии за батерии
Ако и когато батерийната технология започне да се развива в тези вълнуващи нови направления, тя ще намали производствените разходи за потребителска електроника и за електрически превозни средства, като тези, произведени от Tesla Motors (TSLA). Наскоро Tesla обяви изграждането на „гигафактор“, който не само ще произвежда повече превозни средства, но и произвежда собствени батерии LiOn в къщи, във връзка с японския електронен гигант Panasonic (ADR: PCRFY). Поемайки проблема с производството на батерии в свои ръце, Tesla може би е намерил чудесен начин да спечели инвестиционно излагане както на електрически автомобили, така и на батерийни технологии.
Пазарът на технологии за батерии е донякъде късоглед с новите технологии, разработки и партньорства, катапултиращи индустрията напред. „Отчет за най-добрите 20 литиево-йонни компании за производство на батерии на Visiongain 2018“ предоставя голяма представа за пазара на технологии за батерии и неговите топ производители. Компаниите в отчета включват следното:
- A123 Systems Inc. Автомобилна корпорация за енергоснабдяване (AESC) Корпорация за авиационна индустрия на Китай (AVIC) BYD Company Ltd. CBAK Energy Technology Inc. Съвременна технология Amperex 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 Батерии Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Tianjin Lishen Battery акционерно дружество, ООД Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
Други забележителни имена в индустрията за батерии включват следното:
- Arotech Corp (ARTX) разработва и разпространява литиеви и цинкови въздушни батерии и брои американските военни сред своите клиенти. PolyPore Inc. (PPO) произвежда високо специализирани литиеви полимерни батерии главно за промишлени и медицински цели. Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) е компания за алтернативна енергия, която има съвместно предприятие с Delphi Automotive (DLPH) за създаване на решения за батерии за електрически превозни средства., батерии на основата на графен. Приложните графенови материали (OTCMKTS: APGMF) също провеждат изследвания за приложения, базирани на графен. EnerSys е чисто игра на батерии. В момента е най-големият производител на индустриални батерии в световен мащаб.
Наличен е и Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). този ETF се стреми да проследи индекса Solactive Global Lithium и предоставя експозиция на диверсифициран портфейл от публично търгувани компании, които са фокусирани основно върху литий, включително добив на литий, рафиниране на литий и използване на литий в производството на батерии. Най-добрите акции в LIT ETF към октомври 2018 г. включват следното:
- 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%
Долния ред
Батериите за захранване винаги са били важни в съвременната епоха. С появата на мобилни изчислителни и електрически автомобили обаче тяхното значение ще продължи да нараства. В момента, например, батериите за захранване представляват повече от половината от цената на автомобил Tesla.
Поради нарастващото им значение научните изследвания на по-новите и по-добри акумулаторни батерии набират все по-голяма скорост. Литиево-въздушните и литиево-металните батерии могат да се окажат важни за напредъка. Ако тези технологии в крайна сметка се изплащат, инвестирането в големи компании, участващи в производството на батерии, в производителите на литиево-йонни продукти с чисто възпроизвеждане или косвено излагане чрез производители на литиеви метали може да помогне за укрепване на бъдещите резултати на портфолиото. ( За повече информация вижте: Инвестиране в следващия мегатренд: литий .)
