Новые возможности для инвестиций в аккумуляторные технологии

Поскольку спрос на мобильные компьютеры и полностью электрические автомобили возрастает, ограничения современной аккумуляторной технологии представляют собой препятствие.  Электрическая батарея, изобретенная в 1790-х годах итальянским физиком Алессандро Вольта, была рабочей лошадкой для множества устройств, устройств и машин.

По мере того, как потребительские устройства становятся меньше и их непрерывное использование перед подзарядкой становится все более важным, также становится все более важным, чтобы батареи становились как миниатюрными, так и более энергоэффективными. Это, однако, оказалось технологическим препятствием, которое, если оно будет преодолено, станет важным и прибыльным развитием высокотехнологичной экономики завтрашнего дня.

Аккумуляторная технология

Все электрические батареи основаны на фундаментальной химической реакции восстановления и окисления (окислительно-восстановительный потенциал), которая может происходить между двумя разными материалами. Эти реакции находятся в закрытом и герметичном контейнере. Катод или положительный вывод восстанавливается анодом или отрицательным выводом, где происходит окисление. Катод и анод физически разделены электролитом, который позволяет электронам легко переходить от одного вывода к другому. Этот поток электронов вызывает электрический потенциал, который допускает электрический ток, когда цепь замыкается.

Одноразовые потребительские батареи (известные как первичные батареи), такие как элементы размера AA и AAA, производимые такими компаниями, как Energizer ( ENR ), используют технологию, которая не подходит для современных приложений. Во-первых, они не перезаряжаемые. В этих так называемых щелочных батареях используются катод из диоксида марганца и цинковый анод, разделенные разбавленным электролитом из диоксида калия. Электролит окисляет цинк на аноде, в то время как диоксид марганца на катоде реагирует с окисленными ионами цинка с образованием электричества. Постепенно в электролите накапливаются побочные продукты реакции, и количество цинка, остающегося для окисления, уменьшается. В конце концов батарея умирает. Эти батареи обычно обеспечивают 1,5 вольта электричества и могут быть подключены последовательно, чтобы увеличить это количество. Например, две последовательно соединенные батарейки типа АА обеспечивают три вольта электричества.

Перезаряжаемые батареи (известные как вторичные батареи) работают примерно так же, используя реакцию восстановительного окисления между двумя материалами, но они также позволяют реакции протекать в обратном направлении. Наиболее часто используемые аккумуляторные батареи на рынке сегодня — это литий-ионные (LiOn), хотя в поисках работоспособной перезаряжаемой батареи также были опробованы различные другие технологии, включая никель-металлгидридные (NiMH) и никель-кадмиевые (NiCd).

NiCd были первыми коммерчески доступными перезаряжаемыми батареями для массового использования, но страдали от того, что они допускали лишь ограниченное количество перезарядок. NiMH заменили никель-кадмиевые батареи, и их можно было заряжать чаще. К сожалению, у них был очень короткий срок хранения, поэтому, если они не использовались вскоре после производства, они могли оказаться неэффективными. LiOn-аккумуляторы решили эти проблемы, поскольку они поставляются в небольшом контейнере, имеют длительный срок хранения и допускают много зарядов. Но батареи LiOn не используются чаще всего в бытовой электронике, такой как мобильные устройства и портативные компьютеры. Эти батареи намного дороже, чем одноразовые щелочные батареи, и обычно не имеют традиционных размеров AA, AAA, C, D и т. Д.

Последний тип аккумуляторных батарей, с которым знакомо большинство людей, — это жидкие свинцово-кислотные батареи, которые чаще всего используются в качестве автомобильных аккумуляторов. Эти батареи могут обеспечить большую мощность (как при холодном запуске автомобиля), но содержат опасные материалы, в том числе свинец и серную кислоту, которая используется в качестве электролита. Батареи такого типа следует утилизировать с осторожностью, чтобы не загрязнить окружающую среду и не причинить физический вред лицам, обращающимся с ними.

Целью современной аккумуляторной технологии является создание аккумулятора, который может соответствовать или улучшать характеристики LiOn-аккумуляторов, но без больших затрат, связанных с их производством. В семействе литий-ионных аккумуляторов усилия были сосредоточены на добавлении дополнительных ингредиентов для повышения эффективности батареи при одновременном снижении цены. Например,  литий-кобальтовые  (LiCoO2) элементы теперь можно найти во многих сотовых телефонах, ноутбуках, цифровых камерах и носимых устройствах. Литий-марганцевые  (LiMn2O4) элементы чаще всего используются в электроинструментах, медицинских инструментах и ​​электрических трансмиссиях, например, в электромобилях.

В настоящее время существуют группы, занимающиеся  мощности,  чем обычный LION батареи. Эти батареи буквально «дышат» воздухом, используя свободный кислород для окисления анода. Хотя эта технология кажется многообещающей, существует ряд технологических проблем, включая быстрое накопление побочных продуктов, снижающих производительность, и проблему «внезапной смерти», при которой батарея перестает работать без предупреждения.

Литий-металлические батареи также представляют собой впечатляющую разработку, обещающую почти в четыре раза более высокую энергоэффективность, чем нынешняя технология аккумуляторов для электромобилей. Батареи этого типа намного дешевле в производстве, что снижает стоимость продуктов, в которых они используются. Однако вопросы безопасности вызывают серьезную озабоченность, поскольку эти батареи могут перегреться, вызвать возгорание или взорваться в случае повреждения. Другие разрабатываемые новые технологии включают литий-серу и кремний-углерод, но эти элементы все еще находятся на ранних этапах исследований и пока не являются коммерчески жизнеспособными. Есть также несколько разработок, связанных с солнечными батареями.

Инвестиции в аккумуляторные технологии

Если и когда аккумуляторные технологии начнут развиваться в этих захватывающих новых направлениях, это снизит стоимость производства бытовой электроники и электромобилей, таких как производимые Tesla Motors ( гигафабрики », чтобы не только производить больше автомобилей, но и производить собственные литий-ионные батареи в сотрудничестве с японским гигантом электроники Panasonic (ADR: PCRFY). Взяв проблему производства аккумуляторов в свои руки, Tesla, возможно, нашла отличный способ привлечь инвестиции как в электромобили, так и в аккумуляторные технологии.

Рынок аккумуляторных технологий в некоторой степени близорук с новыми технологиями, разработками и партнерскими отношениями, которые катапультируют отрасль вперед. Отчет Visiongain « Топ-20 компаний-производителей литий-ионных аккумуляторов за 2018 год » дает обширную информацию о рынке аккумуляторных технологий и его ведущих производителях. Компании в отчете включают следующее:

•  A123 Systems Inc.
•  Корпорация автомобильного энергоснабжения (AESC)
•  Корпорация авиационной промышленности Китая (AVIC)
•  BYD Company Ltd.
•  CBAK Energy Technology Inc.
•  Современная Amperex Technology Ltd (CATL)
•  GS Yuasa Corporation
•  Компания Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co., Ltd
•  Hitachi Chemical Co., Ltd.
•  Johnson Controls International Plc.
•  LG Chem
•  Microvast Inc.
•  Panasonic Corporation
•  Saft аккумуляторы
•  Samsung SDI Co. Ltd.
•  Корпорация TDK / Amperes Technology Ltd (ATL)
•  Tesla Inc.
•  Акционерное общество аккумуляторов Тяньцзинь Лишен, Лтд.
•  Tianneng Power International Ltd
•  Корпорация Toshiba