Nieuwe investeringsmogelijkheden voor batterijtechnologie

Naarmate de vraag naar mobiel computergebruik en volledig elektrische auto’s toeneemt, vormen de beperkingen van de huidige batterijtechnologie een wegversperring.  De elektrische batterij, uitgevonden in de jaren 1790 door de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta, was het werkpaard van talloze gadgets, apparaten en machines.

Omdat consumentenapparaten kleiner zijn geworden en hun ononderbroken gebruik voordat ze opnieuw moeten worden opgeladen, belangrijker worden, is het ook steeds belangrijker geworden dat batterijen zowel geminiaturiseerd als energiezuiniger worden. Dit is echter een technologische hindernis gebleken die, indien deze wordt overschreden, een belangrijke en winstgevende ontwikkeling zal zijn voor de hightecheconomie van morgen.

Batterijtechnologie

Alle elektrische batterijen vertrouwen op de fundamentele chemische reactie van reductie en oxidatie (redox) die kan optreden tussen twee verschillende materialen. Deze reacties zijn ondergebracht in een gesloten en verzegelde container. De kathode of positieve pool wordt verminderd door de anode of negatieve pool, waar oxidatie optreedt. De kathode en anode zijn fysiek gescheiden door een elektrolyt waardoor elektronen gemakkelijk van de ene terminal naar de andere kunnen stromen. Deze stroom van elektronen veroorzaakt een elektrische potentiaal, die een elektrische stroom mogelijk maakt wanneer een circuit is voltooid.

Wegwerpbatterijen voor consumenten (bekend als primaire batterijen), zoals de AA- en AAA-cellen die worden geproduceerd door bedrijven als Energizer ( ENR ), vertrouwen op een technologie die niet geschikt is voor moderne toepassingen. Ten eerste zijn ze niet oplaadbaar. Deze zogenaamde alkalinebatterijen gebruiken een mangaandioxide-kathode en een zinkanode, gescheiden door een verdunde kaliumdioxide-elektrolyt. De elektrolyt oxideert het zink in de anode, terwijl het mangaandioxide in de kathode reageert met de geoxideerde zinkionen om elektriciteit op te wekken. Geleidelijk hopen zich reactiebijproducten op in de elektrolyt en neemt de hoeveelheid zink die moet worden geoxideerd af. Uiteindelijk sterft de batterij. Deze batterijen leveren doorgaans 1,5 volt elektriciteit en kunnen in serie worden geplaatst om dat aantal te verhogen. Twee AA-batterijen in serie leveren bijvoorbeeld drie volt elektriciteit.

Oplaadbare batterijen (bekend als secundaire batterijen) werken op vrijwel dezelfde manier, waarbij ze een reductie-oxidatiereactie tussen twee materialen gebruiken, maar ze laten de reactie ook in omgekeerde richting stromen. De meest gebruikte oplaadbare batterijen die momenteel op de markt zijn, zijn lithium-ion (LiOn), hoewel er ook verschillende andere technologieën zijn uitgeprobeerd bij het zoeken naar een bruikbare oplaadbare batterij, waaronder nikkel-metaalhydride (NiMH) en nikkel-cadmium (NiCd).

NiCd waren de eerste in de handel verkrijgbare oplaadbare batterijen voor massaproductie, maar hadden te lijden onder het feit dat ze slechts in staat waren om een ​​beperkt aantal op te laden. NiMH verving NiCd-batterijen en konden vaker worden opgeladen. Helaas hadden ze een zeer korte houdbaarheid, dus als ze niet snel na productie werden gebruikt, zouden ze ineffectief kunnen zijn. LiOn-batterijen hebben deze problemen opgelost door in een kleine container te komen, een lange houdbaarheid te hebben en veel oplaadmogelijkheden mogelijk te maken. Maar LiOn-batterijen worden niet het meest gebruikt in consumentenelektronica zoals mobiele apparaten en laptops. Deze batterijen zijn een stuk duurder dan alkalinebatterijen voor eenmalig gebruik en worden doorgaans niet geleverd in de traditionele formaten AA, AAA, C, D enz.

Het laatste type oplaadbare batterijen waarmee de meeste mensen bekend zijn, zijn vloeibare loodzuurbatterijen, die meestal worden gebruikt als auto-accu’s. Deze accu’s kunnen veel stroom leveren (zoals bij het koud starten van een auto), maar bevatten gevaarlijke stoffen, waaronder lood en zwavelzuur, dat als elektrolyt wordt gebruikt. Dit soort batterijen moet met zorg worden weggegooid om het milieu niet te vervuilen of lichamelijk letsel toe te brengen aan degenen die ermee omgaan.

Het doel van de huidige batterijtechnologie is om een ​​batterij te creëren die de prestaties van LiOn-batterijen kan evenaren of verbeteren, maar zonder de hoge productiekosten. Binnen de lithiumionfamilie zijn de inspanningen gericht geweest op het toevoegen van extra ingrediënten om de effectiviteit van de batterij te vergroten en tegelijkertijd het prijskaartje te verlagen. Bijvoorbeeld,  lithium-kobalt  worden (LiCoO2) regelingen nu te vinden in veel mobiele telefoons, laptops, digitale camera’s en draagbare producten. Lithium-mangaan  (LiMn2O4) -cellen worden het meest gebruikt voor elektrisch gereedschap, medische instrumenten en elektrische aandrijflijnen, zoals die in elektrische voertuigen.

Momenteel zijn er teams die  capaciteit  dan een typische LiOn-batterij. Deze batterijen zouden letterlijk lucht “ademen” door vrije zuurstof te gebruiken om de anode te oxideren. Hoewel deze technologie veelbelovend lijkt, zijn er een aantal technologische problemen, waaronder een snelle toename van prestatieverminderende bijproducten en het probleem van “plotselinge dood” waarbij de batterij zonder waarschuwing niet meer werkt.

Lithium-metaalbatterijen zijn ook een indrukwekkende ontwikkeling en beloven bijna vier keer meer energie-efficiëntie dan de huidige technologie van de batterij van elektrische auto’s. Dit type batterij is ook veel goedkoper om te produceren, wat de kosten van producten die ze gebruiken, zal verlagen. Veiligheidsproblemen zijn echter een belangrijk punt van zorg, aangezien deze batterijen bij beschadiging oververhit kunnen raken, brand kunnen veroorzaken of exploderen. Andere nieuwe technologieën waaraan wordt gewerkt, zijn onder meer lithium-zwavel en silicium-koolstof, maar deze cellen bevinden zich nog in de beginfase van het onderzoek en zijn nog niet commercieel levensvatbaar. Er zijn ook verschillende ontwikkelingen gaande rond batterijen op zonne-energie.

Investeren in batterijtechnologie

Als en wanneer batterijtechnologie een vlucht neemt in deze opwindende nieuwe richtingen, zal dit de productiekosten van consumentenelektronica en elektrische voertuigen zoals die van Tesla Motors ( gigafabriek ‘ om niet alleen meer voertuigen te produceren, maar ook zijn eigen LiOn-batterijen in eigen huis te produceren, in samenwerking met de Japanse elektronicagigant Panasonic (ADR: PCRFY). Door het probleem van de batterijproductie in eigen hand te nemen, heeft Tesla misschien een geweldige manier gevonden om te investeren in zowel elektrische auto’s als batterijtechnologie.

De markt voor batterijtechnologie is enigszins kortzichtig met nieuwe technologieën, ontwikkelingen en partnerschappen die de industrie vooruit helpen. Visiongain’s ” Top 20 lithium-ion batterij productiebedrijven rapport 2018 ” geeft veel inzicht in de markt voor batterijtechnologie en zijn topfabrikanten. Bedrijven in het rapport omvatten het volgende:

•  Van A123 Systems Inc.
•  Automotive Energy Supply Corporation (AESC)
•  Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
•  BYD Company Ltd.
•  CBAK Energy Technology Inc.
•  Hedendaagse Amperex Technology Ltd (CATL)
•  GS Yuasa Corporation
•  Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co., Ltd.
•  Hitachi Chemisch Co., Ltd.
•  Johnson Controls International Plc.
•  LG Chem
•  Van Microvast Inc.
•  Panasonic Corporation
•  Saft-batterijen
•  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