Nya investeringsmöjligheter för batteriteknik

I takt med att efterfrågan på mobila datorer och allelektriska bilar ökar, utgör begränsningarna för den nuvarande batteritekniken en vägspärr. Det elektriska batteriet, som uppfanns på 1790-talet av den italienska fysikern Alessandro Volta, har varit arbetshäst för många prylar, apparater och maskiner.

Eftersom konsumentenheter har blivit mindre och deras oavbrutna användning innan de laddas viktigare, har det också blivit allt viktigare för batterier att bli både miniatyriserade och mer energieffektiva. Detta har emellertid visat sig vara ett tekniskt hinder som, om det överträffas, kommer att vara en viktig och lönsam utveckling för morgondagens högteknologiska ekonomi.

Batteriteknik

Alla elektriska batterier förlitar sig på den grundläggande kemiska reaktionen för reduktion och oxidation (redox) som kan uppstå mellan två olika material. Dessa reaktioner är inrymda i en sluten och förseglad behållare. Katoden eller den positiva terminalen reduceras av anoden, eller negativ terminal, där oxidation sker. Katoden och anoden separeras fysiskt av en elektrolyt som gör att elektroner lätt kan flöda från en terminal till en annan. Detta elektronflöde orsakar en elektrisk potential som möjliggör en elektrisk ström när en krets är klar.

Engångskonsumentbatterier (känd som primära batterier), till exempel celler i AA- och AAA-storlek som produceras av företag som Energizer (ENR), förlitar sig på en teknik som inte bidrar till moderna applikationer. För en är de inte laddningsbara. Dessa så kallade alkaliska batterier använder en mangandioxid-katod och en zinkanod, åtskilda med en utspädd kaliumdioxidelektrolyt. Elektrolyten oxiderar zink i anoden medan mangandioxid i katoden reagerar med de oxiderade zinkjonerna för att skapa elektricitet. Efterhand byggs reaktionsbiprodukter upp i elektrolyten och mängden zink som är kvar att oxideras minskas. Så småningom dör batteriet. Dessa batterier ger vanligtvis 1, 5 volt el och kan arrangeras seriellt för att öka mängden. Två AA-batterier i serie ger till exempel tre volt el.

Uppladdningsbara batterier (känd som sekundära batterier) fungerar på ungefär samma sätt och använder en reduktionsoxidationsreaktion mellan två material, men de tillåter också reaktionen att flöda bakåt. De vanligaste uppladdningsbara batterierna på marknaden idag är litium-jon (LiOn), även om olika andra tekniker testades också i sökandet efter ett fungerbart laddningsbart batteri, inklusive nickel-metallhydrid (NiMH) och nickel-kadmium (NiCd).

NiCd var de första kommersiellt tillgängliga uppladdningsbara batterierna för massmarknadsbruk men led av att de endast kunde ha ett begränsat antal laddningar. NiMH ersatte NiCd-batterier och kunde laddas oftare. Tyvärr hade de en mycket kort hållbarhet, så om de inte användes strax efter att de hade producerats, kan de vara ineffektiva. LiOn-batterier löste dessa problem genom att komma i en liten behållare, ha en lång hållbarhet och möjliggöra många laddningar. Men LiOn-batterier är inte de vanligaste inom konsumentelektronik som mobila enheter och bärbara datorer. Dessa batterier är mycket dyrare än engångsbaserade alkaliska batterier och finns vanligtvis inte i traditionella storlekar AA, AAA, C, D etc. (Se även: Litiumjonbatterier .)

Den sista typen av uppladdningsbara batterier som de flesta känner till är flytande blysyrabatterier, oftast används som bilbatterier. Dessa batterier kan ge mycket energi (som vid kallstart av en bil), men innehåller farliga material, inklusive bly och svavelsyra, som används som elektrolyt. Dessa typer av batterier måste kasseras med försiktighet för att inte förorena miljön eller orsaka fysisk skada på dem som hanterar dem.

Målet med den nuvarande batteritekniken är att skapa ett batteri som kan matcha eller förbättra prestandan hos LiOn-batterier, men utan de tunga kostnaderna för deras produktion. Inom litiumjonfamiljen har ansträngningarna fokuserats på att lägga till ytterligare ingredienser för att öka batteriets effektivitet samtidigt som prislappen sänks. Till exempel finns litium-kobolt (LiCoO2) -arrangemang nu i många mobiltelefoner, bärbara datorer, digitalkameror och bärbara produkter. Litiummanganceller (LiMn2O4) används oftast för elverktyg, medicinska instrument och elektriska drivlinor, till exempel de som finns i elektriska fordon. (För mer, se: Varför är Tesla-bilar så dyra? )

För närvarande finns det team som bedriver forskning och utveckling för att förbättra prestanda för litiumbaserade batterier. Litium-air (Li-Air) batterier är en spännande ny utveckling som kan möjliggöra mycket större energilagringskapacitet - upp till 10 gånger mer kapacitet än ett typiskt LiOn-batteri. Dessa batterier "bokstavligen" andas luft genom att använda fritt syre för att oxidera anoden. Även om denna teknik verkar lovande finns det ett antal tekniska problem, inklusive en snabb uppbyggnad av prestandasänkande biprodukter och problemet med "plötslig död" där batteriet upphör att fungera utan varning.

Litium-metallbatterier är också en imponerande utveckling och lovar nästan fyra gånger mer energieffektivitet än den nuvarande elbilbatterietekniken. Denna typ av batteri är också mycket billigare att producera, vilket kommer att sänka kostnaden för produkter som använder dem. Säkerhetsproblem är emellertid ett stort problem eftersom dessa batterier kan överhettas, orsaka brand eller explodera om de skadas. Andra nya tekniker som arbetar med inkluderar litium-svavel och kisel-kol, men dessa celler är fortfarande i de tidiga faserna av forskningen och är ännu inte kommersiellt genomförbara. Det finns också flera utvecklingar som sker kring solenergidrivna batterier.

Investera i batteriteknik

Om och när batteritekniken tar fart i dessa spännande nya riktningar kommer det att sänka produktionskostnaderna för konsumentelektronik och för elektriska fordon som de som produceras av Tesla Motors (TSLA). Tesla tillkännagav nyligen byggandet av en "gigafactory" för att inte bara producera fler fordon utan också producera egna LiOn-batterier i hus, i samband med den japanska elektronikjätten Panasonic (ADR: PCRFY). Genom att ta batteriproduktionsproblemet i sina egna händer kan Tesla ha hittat ett utmärkt sätt att få investeringsexponering för både elbilar och batteriteknik. (Se även: Hybridbatteri spelar .)

Batteriteknologimarknaden är något myopisk med ny teknik, utveckling och partnerskap som bromsar branschen framåt. Visiongains “Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018” ger en hel del insikt om batteriteknologimarknaden och dess topptillverkare. Företag i rapporten inkluderar följande:

• 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 Abp.
• LG Chem
• Microvast Inc.
• Panasonic Corporation
• Saft-batterier
• 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

Andra kända namn i batteribranschen inkluderar följande:

• Arotech Corp (ARTX) utvecklar och distribuerar litium- och zink-luftbatterier och räknar den amerikanska militären bland sina kunder.
• PolyPore Inc. (PPO) producerar högt specialiserade litiumpolymerbatterier främst för industriell och medicinsk användning.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) är ett alternativt energiföretag som har ett majoritetsägt joint venture med Delphi Automotive (DLPH) för att skapa batterilösningar för elfordon.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) är ett brittiskt företag som utnyttjar nanoteknologi och materialgrafen för att producera bland annat grafenbaserade batterier.
• Applied Graphene Materials (OTCMKTS: APGMF) bedriver också forskning för grafenbaserade applikationer.
• EnerSys är ett rent spel på batterier. Det är för närvarande den största tillverkaren av industriella batterier världen över.

Det finns också Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). denna ETF strävar efter att spåra Solactive Global Lithium Index och ger exponering för en diversifierad portfölj av börsnoterade företag som främst är inriktade på litium inklusive gruvdrift av litium, raffinering av litium och användning av litium i batteriproduktion. Toppinnehav i LIT ETF från och med oktober 2018 inkluderade följande:

• FMC CORP 18, 06%
• ALBEMARLE CORP 17, 64%
• SAMSUNG SDI CO LTD 7, 40%
• ANVÄNDAR 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%

Poängen

Batterier för ström har alltid varit viktiga i modern tid. Men med tillkomsten av mobila datorer och elbilar kommer deras betydelse bara att fortsätta växa. Just nu står exempelvis batteripaket för mer än hälften av kostnaden för en Tesla-bil. (Se även: Vad är det bästa sättet att få exponering för elbilar när man investerar i fordonssektorn? )

På grund av deras växande betydelse får forskning om nyare och bättre laddningsbara batterier fart. Litium-luft och litium-metallbatterier kan visa sig vara det framsteg som är viktigt. Om dessa teknologier slutar betala sig, kan investeringar i stora företag som är involverade i batteriproduktion, i ren-spelade litiumjontillverkare eller indirekt exponering via litiummetallproducenter hjälpa till att stärka en portföljs framtida resultat. ( För mer, se: Investera i nästa Megatrend: litium .)