Kako se povećava potražnja za mobilnim računalom i potpuno električnim automobilima, ograničenja postojeće tehnologije baterija predstavljaju prepreku na putu. Izumio je 1790-ih talijanski fizičar Alessandro Volta, električna baterija bila je konjić brojnih naprava, uređaja i strojeva.
Kako su potrošački uređaji postali manji, a njihova neprekidna upotreba prije punjenja važnija, također postaje sve važnije da baterije postanu minijaturističnije i energetski učinkovitije. To se, međutim, pokazalo tehnološkom zaprekom koja će, ako se nadmaši, biti važan i profitabilan razvoj sutrašnje visokotehnološke ekonomije.
Tehnologija baterije
Sve se električne baterije oslanjaju na temeljnu kemijsku reakciju redukcije i oksidacije (redox) koja se može dogoditi između dva različita materijala. Te se reakcije drže u zatvorenom i zatvorenom spremniku. Katoda, odnosno pozitivni terminal smanjuje se anodom ili negativnim terminalom, gdje dolazi do oksidacije. Katoda i anoda su fizički odvojeni elektrolitom koji omogućuje elektronu da lako teče s jednog terminala na drugi. Taj protok elektrona izaziva električni potencijal, koji omogućava električnu struju kada je dovršen krug.
Potrošačke baterije za jednokratnu upotrebu (poznate kao primarne baterije), poput stanica veličine AA i AAA koje proizvode tvrtke poput Energizer (ENR), oslanjaju se na tehnologiju koja ne pogoduje modernoj primjeni. Za jednu, oni se ne mogu puniti. Ove takozvane alkalne baterije koriste katodu manganovog dioksida i cinkovu anodu, razdvojene razrijeđenim elektrolitom kalijevog dioksida. Elektrolit oksidira cink u anodi, dok mangan dioksid u katodi reagira s oksidiranim cinkovim ionima stvarajući električnu energiju. Postupno se stvaraju nusprodukti reakcije u elektrolitu i smanjuje se količina cinka koji ostaje oksidiran. Na kraju, baterija umire. Ove baterije obično daju 1, 5 volti električne energije i mogu se serijski organizirati radi povećavanja te količine. Na primjer, dvije AA baterije u seriji daju tri volta električne energije.
Punjive baterije (poznate kao sekundarne baterije) djeluju na isti način, koristeći reakciju redukcije oksidacije između dva materijala, ali također omogućuju da reakcija teče obrnuto. Danas se na tržištu najčešće koriste akumulatorske baterije, litij-ionske (LiOn), premda su se i druge druge tehnologije isprobale u potrazi za korisnom punjivom baterijom, uključujući nikl-metal hidrid (NiMH) i nikal-kadmij (NiCd).
NiCd su bile prve komercijalno dostupne punjive baterije za masovnu uporabu na tržištu, ali patile su od mogućnosti samo ograničenog broja punjenja. NiMH je zamijenio NiCd baterije i bilo ih je moguće češće puniti. Nažalost, imali su vrlo kratak rok trajanja, pa ako se ne upotrebe ubrzo nakon proizvodnje, mogli bi biti neučinkoviti. LiOn baterije su ove probleme riješile tako što su došle u malom spremniku, s dugim vijekom trajanja i dopuštajući mnogo punjenja. Ali LiOn baterije se najčešće ne koriste u potrošačkoj elektronici, poput mobilnih uređaja i prijenosnih računala. Ove su baterije puno skuplje od jednokratnih alkalnih baterija i obično se ne isporučuju u tradicionalnim veličinama AA, AAA, C, D itd.
Posljednja vrsta punjivih baterija koje većina ljudi poznaje su tekuće olovne kiseline, koje se najčešće koriste kao automobilske baterije. Ove baterije mogu pružiti puno energije (kao kad je hladno pokretanje automobila), ali sadrže opasne materije, uključujući olovo i sumpornu kiselinu koja se koristi kao elektrolit. Ove baterije moraju se paziti pažljivo, da ne zagađuju okoliš ili ne nanose fizičku štetu osobama koje s njima postupaju.
Cilj trenutne tehnologije baterija je stvoriti bateriju koja se može prilagoditi ili poboljšati performansama LiOn baterija, ali bez velikih troškova povezanih s njihovom proizvodnjom. Unutar obitelji litij-iona, napori su usmjereni na dodavanje dodatnih sastojaka kako bi se povećala učinkovitost baterije uz istovremeno spuštanje cijena. Na primjer, alati za litij-kobalt (LiCoO2) danas se nalaze u mnogim mobitelima, prijenosnim računalima, digitalnim fotoaparatima i proizvodima koji se mogu nositi. Litij-manganove (LiMn2O4) stanice najčešće se koriste za električni alat, medicinske instrumente i električne pogonske sklopove, poput onih koji se nalaze u električnim vozilima. (Više o tome pogledajte: Zašto su Tesla automobili tako skupi? )
Trenutno postoje timovi koji provode istraživanja i razvoj kako bi povećali performanse litij baterija. Litij-zračne (Li-Air) baterije su uzbudljiv novi razvoj koji bi mogao omogućiti mnogo veći kapacitet skladištenja energije - do 10 puta više kapaciteta od uobičajene LiOn baterije. Te bi baterije doslovno „udahnule“ zrak koristeći slobodan kisik za oksidaciju anode. Iako se ova tehnologija čini obećavajućom, postoji niz tehnoloških problema, uključujući brzo stvaranje nusprodukata koji smanjuju performanse i problem "iznenadne smrti" pri kojoj baterija prestaje raditi bez upozorenja.
Litij-metalne baterije također su impresivan razvoj, obećavajući gotovo četiri puta veću energetsku učinkovitost od trenutne tehnologije električnih automobila za akumulator. Ova vrsta baterija je također mnogo jeftinija za proizvodnju, što će smanjiti troškove proizvoda koji ih koriste. Pitanja sigurnosti su, međutim, glavna briga, jer ove baterije mogu pregrijati, izazvati požar ili eksplodirati ako se oštete. Ostale nove tehnologije na kojima se rade uključuju litij-sumpor i silicij-ugljik, ali ove ćelije su još u ranim fazama istraživanja i još nisu komercijalno izvedive. Također se događa i nekoliko događaja oko baterija na solarni pogon.
Ulaganje u baterijsku tehnologiju
Ako i kada tehnologija baterija krene u ovim uzbudljivim novim smjerovima, to će sniziti troškove proizvodnje za potrošačku elektroniku i za električna vozila poput one koju proizvodi Tesla Motors (TSLA). Tesla je nedavno najavila izgradnju 'gigafactory' koji će ne samo proizvoditi više vozila, već i proizvoditi vlastite LiOn baterije u kući, u suradnji s japanskim gigantom elektronike Panasonic (ADR: PCRFY). Uzimajući problem s proizvodnjom akumulatora u svoje ruke, Tesla je možda pronašao sjajan način za privlačenje izloženosti kako električnih automobila, tako i baterijskih tehnologija.
Tržište baterijske tehnologije pomalo je kratkovidno s novim tehnologijama, razvojem i partnerstvima koja kataliziraju industriju naprijed. Visiongain-ovo „Top 20 kompanija za proizvodnju litij-ionskih baterija za 2018. godinu“ pruža odličan uvid u tržište tehnologija baterija i njegovih najboljih proizvođača. Tvrtke u izvješću uključuju sljedeće:
- A123 Systems Inc. Korporacija za vazduhoplovnu industriju Kine (AESC), Kina Corporation za vazduhoplovnu industriju (AVIC) BYD Company Ltd. CBAK Energetska tehnologija Inc. Suvremena kompanija Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co. Chemical Co, Ltd Johnson Controls International Plc. Tvrtka LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporation krznene baterije Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Tianjin Lishen Akumulator Co, Ltd Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
Ostala poznata imena u industriji baterija uključuju sljedeće:
- Arotech Corp (ARTX) razvija i distribuira litijeve i cinkove baterije i broji američku vojsku među svojim kupcima. PolyPore Inc. (PPO) proizvodi visoko specijalizirane litij-polimerne baterije uglavnom za industrijsku i medicinsku upotrebu. Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) je tvrtka s alternativnom energijom koja ima većinsko zajedničko ulaganje s tvrtkom Delphi Automotive (DLPH) radi stvaranja baterijskih rješenja za električna vozila.Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) je britanska tvrtka koja koristi nanotehnologiju i grafen za proizvodnju, između ostalog, baterije na bazi grafena. Primijenjeni grafenski materijali (OTCMKTS: APGMF) također provode istraživanja za aplikacije temeljene na grafenu. EnerSys je čista igra na baterijama. Trenutno je najveći proizvođač industrijskih baterija u svijetu.
Tu je i Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). ovaj ETF želi pratiti Solactive Global Lithium Index i pruža izlaganje raznolikom portfelju javnih trgovačkih društava koja su usredotočena prvenstveno na litij, uključujući kopanje litija, rafiniranje litija i upotrebu litija u proizvodnji akumulatora. Vrijednost dionica LIT ETF-a od listopada 2018. godine uključivala je sljedeće:
- 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%
Donja linija
Baterije za napajanje uvijek su bile važne u moderno doba. Međutim, s pojavom mobilnih računalnih i električnih automobila, njihov će značaj tek nastaviti rasti. Trenutačno, primjerice, paketi s baterijom pokrivaju više od polovice troškova Tesla automobila.
Zbog njihovog sve većeg značaja, istraživanja novijih i boljih punjivih baterija dobivaju na značaju. Litij-zrak i litij-metalne baterije mogu se pokazati kao najvažniji napredak. Ako se ove tehnologije na kraju isplate, ulaganje u velike tvrtke koje se bave proizvodnjom baterija, u proizvođače litijum-iona u čistoj igri ili indirektno izlaganje proizvođača metalnih litija može poboljšati buduće performanse portfelja. ( Za više informacija pogledajte: Ulaganje u slijedeći megatrend: Litij .)
