Da efterspørgslen efter mobilcomputere og allelektriske biler stiger, udgør begrænsningerne i den nuværende batteriteknologi en vejspærring. Opfundet i 1790'erne af den italienske fysiker Alessandro Volta, har det elektriske batteri været arbejdshest af mange gadgets, enheder og maskiner.

Da forbrugerindretninger er blevet mindre og deres uafbrudte brug inden genopladning vigtigere, er det også blevet stadig vigtigere for batterierne at blive både miniaturiserede og mere energieffektive. Dette har imidlertid vist sig at være en teknologisk hindring, der, hvis den overgår, vil være en vigtig og rentabel udvikling for morgendagens højteknologiske økonomi.

Batteriteknologi

Alle elektriske batterier stole på den grundlæggende kemiske reaktion ved reduktion og oxidation (redox), som kan forekomme mellem to forskellige materialer. Disse reaktioner er anbragt i en lukket og forseglet beholder. Katoden eller den positive terminal reduceres af anoden eller den negative terminal, hvor der sker oxidering. Katoden og anoden er fysisk adskilt af en elektrolyt, der gør det muligt for elektroner at strømme fra en terminal til den anden. Denne strøm af elektroner forårsager et elektrisk potentiale, som giver mulighed for en elektrisk strøm, når et kredsløb er afsluttet.

Engangs forbrugerbatterier (såkaldte primære batterier), såsom AA- og AAA-størrelse celler produceret af virksomheder som Energizer (ENR ENREnergizer Holdings Inc41. -0. 02% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ), stole på en teknologi, der ikke fremmer moderne applikationer. For en er de ikke genopladelige. Disse såkaldte alkaliske batterier anvender en mangandioxidkatode og en zinkanode, adskilt af en fortyndet kaliumdioxidelektrolyt. Elektrolytten oxiderer zinket i anoden, mens mangandioxid i katoden reagerer med de oxiderede zinkioner for at skabe elektricitet. Efterhånden opbygges reaktionsbiprodukter i elektrolytten, og mængden af ​​zink, der efterlades for at blive oxideret, formindskes. Til sidst dør batteriet. Disse batterier leverer typisk 1,5 volt elektricitet og kan ordnes serielt for at øge dette beløb. For eksempel giver to AA-batterier i serie tre volt elektricitet.

Genopladelige batterier (kendt som sekundære batterier) virker på samme måde, idet der anvendes en reduktion af oxidationsreaktionen mellem to materialer, men de tillader også reaktionen at strømme i omvendt. De mest almindeligt anvendte genopladelige batterier på markedet i dag er lithium-ion (LiOn), selv om forskellige andre teknologier også blev forsøgt i søgen efter et brugbart genopladeligt batteri, herunder nikkelmetalhydrid (NiMH) og nikkel-cadmium (NiCd).

NiCd var de første kommercielt tilgængelige genopladelige batterier til massemarkedsbrug, men lider kun af et begrænset antal genopladninger. NiMH udskiftede NiCd-batterier og kunne oplades hyppigere. Desværre havde de en meget kort holdbarhed, så hvis de ikke blev brugt kort efter at være blevet fremstillet, kunne de være ineffektive. LiOn batterier løst disse problemer ved at komme i en lille beholder, der har en lang holdbarhed, og giver mulighed for mange afgifter. Men LiOn batterier er ikke de mest almindeligt anvendte i forbrugerelektronik som mobile enheder og bærbare computere. Disse batterier er meget dyrere end engangs alkaliske batterier og kommer typisk ikke i de traditionelle størrelser AA, AAA, C, D osv. (Se også: Lithium Ion Battery Stocks .)

Den sidste type genopladelige batterier, som de fleste mennesker kender til, er flydende blybatterier, som oftest bruges som bilbatterier. Disse batterier kan give meget strøm (som ved koldstart med en bil), men indeholder farlige materialer, herunder bly og svovlsyre, som bruges som elektrolyt. Disse batterier skal bortskaffes med omhu for ikke at forurene miljøet eller forårsage fysisk skade for dem der håndterer dem.

Målet med den nuværende batteriteknologi er at oprette et batteri, der kan matche eller forbedre ydelsen af ​​LiOn-batterier, men uden de store omkostninger forbundet med deres produktion. Inden for litiumionfamilien har indsatsen været fokuseret på at tilføje yderligere ingredienser for at øge batteriets effektivitet, samtidig med at prisnettet sænkes. For eksempel findes l ithium-kobolt (LiCoO2) arrangementer i mange mobiltelefoner, bærbare computere, digitale kameraer og bærbare produkter. L ithium-mangan (LiMn2O4) celler anvendes mest til elværktøj, medicinske instrumenter og elektriske motorer, som dem, der findes i elbiler. (For mere, se: Hvorfor er Tesla-biler så dyre? )

I øjeblikket er der teams, der driver forskning og udvikling for at øge effektiviteten af ​​lithiumbaserede batterier. Lithium-luft (Li-Air) -batterier er en spændende ny udvikling, der kan give mulighed for langt større energilagringskapacitet - op til 10 gange mere kapacitet end et typisk LiOn-batteri. Disse batterier ville bogstaveligt talt "puste" luft ved at bruge fri ilt til at oxidere anoden. Selv om denne teknologi virker lovende, er der en række teknologiske problemer, herunder en hurtig opbygning af ydeevne-faldende biprodukter og problemet med "pludselig død", hvor batteriet ophører med at arbejde uden advarsel.

Lithium-metal batterier er også en imponerende udvikling, der lovende næsten fire gange mere energieffektivitet end den nuværende elektriske bil batteriteknologi. Denne type batteri er også meget billigere at producere, hvilket vil medføre lavere omkostninger ved produkter, der bruger dem. Sikkerhedsproblemer er imidlertid en stor bekymring, da disse batterier kan overophedes, forårsage brand eller eksplodere hvis de er beskadiget.Andre nye teknologier, der arbejdes med, omfatter lithiumsulfat og siliciumcarbon, men disse celler er stadig i de tidlige faser af forskning og er endnu ikke kommercielt levedygtige.

Investering i batteriteknologi

Hvis og når batteriteknologien starter i disse spændende nye retninger, vil det sænke produktionsomkostningerne til forbrugerelektronik og elektriske køretøjer som dem, der produceres af Tesla Motors (TSLA TSLATesla Inc306. 05 + 1. 08% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ). Tesla annoncerede for nylig konstruktion af en 'gigafactory' for ikke kun at producere flere køretøjer, men også producere egne LiOn-batterier i hus sammen med japansk elektronikgigant Panasonic (ADR: PCRFY). Ved at tage batteriproduktionsproblemet i egne hænder kan Tesla have fundet en god måde at få investeringseksponering på både elbiler og batteriteknologi. (Se også: Hybridbatteri afspilles .)

Ifølge en rapport fra energikonsulent Navigant Research, LG Chem i Sydkorea, Johnson Controls (JCI JCIJohnson Controls International PLC40. 99-0. 24% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ), og privatejede AESC er ledere inden for batteriteknologierummet. Følgende virksomheder er Panasonic, Hitachi (ADR: HTHIY), Toshiba (ADR: TOSBF), Samsung (ADR: SSNLF) og EnerSys (ENS ENSEnerSys Inc68. 00-1. 06% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ).

Af disse virksomheder er kun EnerSys et rent spil på batterier. Det er for øjeblikket den største producent af industrielle batterier verden over. Alle de øvrige virksomheder, mens de fornyer sig i rummet, er også involveret i andre virksomheder. Mindre, rene play-virksomheder, der ikke er i øjeblikket i spidsen for sektoren, kan dukke op. For de investorer, der søger et rent spil, er der nogle muligheder:

• Arotech Corp (ARTX ARTXArotech Corp3. 90 + 1. 30% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ) udvikler og distribuerer lithium- og zink-luftbatterier og tæller det amerikanske militær blandt sine kunder.
• PolyPore Inc. (PPO) producerer højt specialiserede lithiumpolymerbatterier primært til industriel og medicinsk anvendelse.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) er et alternativt energiselskab, der har et joint-owned joint venture med Delphi Automotive (DLPH DLPHDelphi Automotive PLC97. 26-0. 01% Lavet med Highstock 4 .2 6 ) til at oprette batteriløsninger til elbiler.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) er en britisk virksomhed, der udnytter nanoteknologi og materialet graphene til at producere, blandt andet, grafenbaserede batterier. Anvendt grafenmaterialer (OTCMKTS: APGMF) gennemfører også forskning til sådanne applikationer.

For dem, der søger en indirekte eksponering, er de tre største lithiummalmproducenter chilenske firmaer Sociedad Quimica y Minera (SQM SQMSoquimich59. 83 + 1. 51% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ), FMC Corp. (FMC FMCFMC Corp93. 51 + 2.80% Lavet med Highstock 4. 2. 6 ) og Rockwood (ROC). Der er også en litium-aktie ETF, der handler under ticker symbolet LIT LITGlb X Lth & Battr40. 01 + 1. 21% Lavet med Highstock 4. 2. 6 . ( For yderligere, se: Investering i Next Megatrend: Lithium .)

Bundlinjen

Batterier til el har altid været vigtige i den moderne tidsalder. Men med fremkomsten af ​​mobile computere og elbiler vil deres betydning kun fortsætte med at vokse. På nuværende tidspunkt tegner batteripakker sig for mere end halvdelen af ​​prisen på en Tesla-bil. (Se også: Hvad er den bedste måde at få eksponering for elbiler på, når de investerer i bilbranchen? )

På grund af deres voksende betydning er forskning i nyere og bedre genopladelige batterier momentum. Lithium-luft og lithium-metal batterier kan vise sig at være den fremgang, der betyder noget. Hvis disse teknologier ender med at betale sig, kan investeringer i store virksomheder, der beskæftiger sig med batteriproduktion, i ren-play lithium-ion-producenter eller indirekte eksponering via lithium metalproducenter, bidrage til at styrke en porteføljes fremtidige ydeevne.