Nowe możliwości inwestycyjne w zakresie technologii akumulatorów

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na komputery mobilne i samochody całkowicie elektryczne ograniczenia obecnej technologii akumulatorów stanowią przeszkodę.  Bateria elektryczna, wynaleziona w latach dziewięćdziesiątych XVIII wieku przez włoskiego fizyka Alessandro Voltę, była koniem roboczym wielu gadżetów, urządzeń i maszyn.

Ponieważ urządzenia konsumenckie stały się mniejsze, a ich nieprzerwane użytkowanie przed ładowaniem staje się coraz ważniejsze, coraz ważniejsze staje się również zminiaturyzowanie baterii i zwiększenie ich wydajności energetycznej. Okazało się to jednak przeszkodą technologiczną, która, jeśli zostanie pokonana, będzie ważnym i opłacalnym wydarzeniem dla jutrzejszej gospodarki opartej na zaawansowanych technologiach.

Technologia baterii

Wszystkie baterie elektryczne opierają się na podstawowej reakcji chemicznej redukcji i utleniania (redoks), która może zachodzić między dwoma różnymi materiałami. Te reakcje są umieszczone w zamkniętym i szczelnym pojemniku. Katoda lub biegun dodatni jest redukowany przez anodę lub biegun ujemny, w którym zachodzi utlenianie. Katoda i anoda są fizycznie oddzielone elektrolitem, który umożliwia swobodny przepływ elektronów z jednego zacisku na drugi. Ten przepływ elektronów powoduje powstanie potencjału elektrycznego, który pozwala na przepływ prądu elektrycznego po zakończeniu obwodu.

Jednorazowe baterie konsumenckie (znane jako baterie pierwotne), takie jak ogniwa AA i AAA produkowane przez firmy takie jak Energizer ( ENR ), opierają się na technologii, która nie sprzyja nowoczesnym zastosowaniom. Po pierwsze, nie nadają się do ponownego naładowania. Te tak zwane baterie alkaliczne wykorzystują katodę z dwutlenku manganu i anodę cynkową, oddzielone rozcieńczonym elektrolitem z dwutlenku potasu. Elektrolit utlenia cynk w anodzie, podczas gdy dwutlenek manganu w katodzie reaguje z utlenionymi jonami cynku, tworząc elektryczność. Stopniowo w elektrolicie gromadzą się produkty uboczne reakcji, a ilość cynku pozostającego do utlenienia zmniejsza się. W końcu bateria umiera. Baterie te zwykle dostarczają 1,5 wolta energii elektrycznej i można je układać szeregowo w celu zwiększenia tej ilości. Na przykład dwie baterie AA połączone szeregowo zapewniają trzy wolty energii elektrycznej.

Akumulatory (zwane bateriami wtórnymi) działają w podobny sposób, wykorzystując reakcję utleniania redukcyjnego między dwoma materiałami, ale umożliwiają również odwrotny przepływ reakcji. Obecnie najczęściej używanymi akumulatorami na rynku są akumulatory litowo-jonowe (LiOn), chociaż w celu znalezienia funkcjonalnego akumulatora wypróbowano również różne inne technologie, w tym niklowo-wodorkowe (NiMH) i niklowo-kadmowe (NiCd).

NiCd były pierwszymi dostępnymi w handlu akumulatorami do użytku masowego, ale cierpiał z powodu możliwości tylko ograniczonej liczby ładowań. NiMH zastąpił akumulatory NiCd i mógł być ładowany częściej. Niestety miały bardzo krótki termin przydatności do spożycia, więc jeśli nie zostały użyte zaraz po wyprodukowaniu, mogły być nieskuteczne. Baterie LiOn rozwiązały te problemy, umieszczając je w małym pojemniku, posiadając długi okres trwałości i pozwalając na wiele ładowań. Jednak akumulatory LiOn nie są najczęściej używane w elektronice użytkowej, takiej jak urządzenia mobilne i laptopy. Te baterie są o wiele droższe niż jednorazowe baterie alkaliczne i zazwyczaj nie są dostępne w tradycyjnych rozmiarach AA, AAA, C, D itp.

Ostatnim typem akumulatorów, który zna większość ludzi, są ciekłe akumulatory kwasowo-ołowiowe, najczęściej używane jako akumulatory samochodowe. Akumulatory te mogą zapewnić dużą moc (jak przy zimnym uruchamianiu samochodu), ale zawierają niebezpieczne materiały, w tym ołów i kwas siarkowy, który jest używany jako elektrolit. Tego typu baterie należy utylizować ostrożnie, aby nie zanieczyścić środowiska ani nie spowodować fizycznych obrażeń osób, które je obsługują.

Celem obecnej technologii akumulatorów jest stworzenie akumulatora, który może dorównać lub poprawić wydajność akumulatorów LiOn, ale bez wysokich kosztów związanych z ich produkcją. W rodzinie litowo-jonowej wysiłki skupiono się na dodaniu dodatkowych składników w celu zwiększenia wydajności baterii przy jednoczesnym obniżeniu ceny. Na przykład   układy litowo-kobaltowe (LiCoO2) są obecnie stosowane w wielu telefonach komórkowych, laptopach, aparatach cyfrowych i produktach do noszenia.  Ogniwa litowo-manganowe (LiMn2O4) są najczęściej używane w elektronarzędziach, instrumentach medycznych i elektrycznych układach napędowych, na przykład w pojazdach elektrycznych.

Obecnie istnieją zespoły prowadzące  pojemności  niż typowy akumulator Lion. Akumulatory te dosłownie „oddychają” powietrzem, używając wolnego tlenu do utleniania anody. Chociaż technologia ta wydaje się obiecująca, istnieje szereg problemów technologicznych, w tym szybkie nagromadzenie się produktów ubocznych zmniejszających wydajność oraz problem „nagłej śmierci”, w której akumulator przestaje działać bez ostrzeżenia.

Akumulatory litowo-metalowe są również imponującym osiągnięciem, obiecującym prawie czterokrotnie większą wydajność energetyczną niż obecna technologia akumulatorów samochodów elektrycznych. Ten typ baterii jest również znacznie tańszy w produkcji, co obniży koszt produktów, które z nich korzystają. Kwestie bezpieczeństwa są jednak głównym problemem, ponieważ baterie te mogą się przegrzać, spowodować pożar lub wybuchnąć w przypadku uszkodzenia. Inne nowe technologie, nad którymi trwają prace, obejmują litowo-siarkowy i krzemowo-węglowy, ale ogniwa te są nadal na wczesnym etapie badań i nie są jeszcze opłacalne z komercyjnego punktu widzenia. Istnieje również kilka wydarzeń związanych z bateriami słonecznymi.

Inwestowanie w technologię baterii

Jeśli i kiedy technologia akumulatorów ruszy w tych ekscytujących nowych kierunkach, obniży to koszty produkcji elektroniki użytkowej i pojazdów elektrycznych, takich jak te produkowane przez Tesla Motors ( gigafabryki ”, która będzie nie tylko produkować więcej pojazdów, ale także samodzielnie produkować własne akumulatory LiOn, we współpracy z japońskim gigantem elektronicznym Panasonic (ADR: PCRFY). Biorąc problem produkcji akumulatorów w swoje ręce, Tesla mógł znaleźć świetny sposób na zwiększenie zaangażowania inwestycyjnego zarówno w samochody elektryczne, jak i technologie akumulatorowe.

Rynek technologii akumulatorów jest nieco krótkowzroczny, ponieważ nowe technologie, rozwój i partnerstwa katapultują branżę do przodu. „Raport firmy Visiongain o 20 największych firmach produkujących baterie litowo-jonowe w 2018 r. ” Dostarcza wielu informacji na temat rynku technologii akumulatorów i jego czołowych producentów. Wśród firm w raporcie znalazły się:

•  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
•  Baterie Saft
•  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

Inne znane nazwiska w branży akumulatorów to:

• Arotech Corp ( ARTX ) opracowuje i dystrybuuje baterie litowe i cynkowo-powietrzne, a wśród swoich klientów liczy wojsko USA.
• PolyPore Inc. ( PPO ) produkuje wysoko wyspecjalizowane baterie litowo-polimerowe, głównie do zastosowań przemysłowych i medycznych.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) to firma zajmująca się alternatywnymi źródłami energii, która ma większościową spółkę  joint venture  z Delphi Automotive ( DLPH ) w celu tworzenia rozwiązań akumulatorowych do pojazdów elektrycznych.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) to brytyjska firma wykorzystująca nanotechnologię i grafen do produkcji między innymi baterii na bazie grafenu.
• Applied Graphene Materials (OTCMKTS: APGMF) prowadzi również badania nad zastosowaniami opartymi na grafenie.
• EnerSys to  czysta gra  na bateriach. Obecnie jest największym producentem baterii przemysłowych na świecie.

Istnieje również fundusz ETF Global X Lithium & Battery Tech (LIT). ta ETF stara się śledzić Solactive Global Lithium Index i zapewnia ekspozycję na zdywersyfikowany portfel spółek notowanych na giełdzie, które koncentrują się głównie na litu, w tym na wydobyciu litu, rafinacji litu i wykorzystaniu litu do produkcji baterii. Największe pozycje w funduszu LIT ETF od października 2018 r. Obejmowały:

• 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%

Podsumowanie

Baterie do zasilania zawsze były ważne w epoce nowożytnej. Jednak wraz z pojawieniem się mobilnych komputerów i samochodów elektrycznych ich znaczenie będzie nadal rosło. Na przykład obecnie akumulatory stanowią ponad połowę ceny samochodu Tesli.

Ze względu na ich rosnące znaczenie, badania nad nowszymi i lepszymi akumulatorami nabierają tempa. Akumulatory litowo-powietrzne i litowo-metalowe mogą okazać się postępem, który ma znaczenie. Jeśli te technologie okażą się opłacalne, inwestowanie w duże firmy zajmujące się produkcją baterii, w producentów litowo-jonowych producentów lub pośrednia ekspozycja za pośrednictwem producentów litu może pomóc w poprawie przyszłych wyników portfela.