Kun matkaviestinnän ja sähköautojen kysyntä kasvaa, nykyisen akkutekniikan rajoitukset ovat esteenä. Italialainen fyysikko Alessandro Volta keksi 1790-luvulla, sähköakku on ollut lukuisten laitteiden, laitteiden ja koneiden työhevonen.
Kun kuluttajalaitteet ovat pienentyneet ja niiden keskeytymätön käyttö ennen lataamista on tärkeämpää, on myös tullut entistä tärkeämmäksi, että paristot ovat sekä pienikokoisia että energiatehokkaampia. Tämä on kuitenkin osoittautunut tekniseksi esteeksi, joka ylitetään, jos se on tärkeä ja kannattava kehitys huomisen huipputeknologian taloudelle.
Akkutekniikka
Kaikki sähköakut luottavat pelkistymisen ja hapettumisen (redoksin) perustavanlaatuiseen kemialliseen reaktioon, joka voi tapahtua kahden eri materiaalin välillä. Nämä reaktiot sijoitetaan suljettuun ja suljettuun astiaan. Katodi tai positiivinen pääte pienenee anodilla tai negatiivisella päällä, jossa tapahtuu hapettumista. Katodi ja anodi on erotettu fyysisesti elektrolyytillä, jonka avulla elektronit voivat helposti virtaa päätteestä toiseen. Tämä elektronien virtaus aiheuttaa sähköpotentiaalin, joka mahdollistaa sähkövirran, kun piiri on valmis.
Kertakäyttöiset kuluttajaparistot (tunnetaan ensisijaisina akkuina), kuten AA- ja AAA-kokoiset kennot, joita tuottavat yritykset kuten Energizer (ENR), tukeutuvat tekniikkaan, joka ei edistä nykyaikaisia sovelluksia. Yksi niistä ei ole ladattava. Nämä ns. Alkaliparistot käyttävät mangaanidioksidikatoodia ja sinkkianodia, erottaen laimealla kaliumdioksidielektrolyytillä. Elektrolyytti hapettaa anodin sinkkiä, kun taas katodin mangaanidioksidi reagoi hapettuneiden sinkki-ionien kanssa sähkön tuottamiseksi. Vähitellen reaktion sivutuotteet kerääntyvät elektrolyyttiin ja hapettuvan sinkin määrä vähenee. Lopulta akku kuolee. Nämä paristot tuottavat tyypillisesti 1, 5 volttia sähköä ja ne voidaan järjestää sarjamuotoisesti suurentamaan tätä määrää. Esimerkiksi kaksi sarjassa olevaa AA-paristoa tuottaa kolme volttia sähköä.
Ladattavat akut (tunnetaan toissijaisina akkuina) toimivat suurin piirtein samalla tavalla, käyttämällä pelkistävää hapettumisreaktiota kahden materiaalin välillä, mutta ne myös sallivat reaktion virtata käänteisesti. Nykyään markkinoilla yleisimmin käytetyt ladattavat akut ovat litium-ionia (LiOn), vaikka etsittiin toimivia ladattavia akkuja, myös nikkeli-metallihydridiä (NiMH) ja nikkeli-kadmiumia (NiCd), etsittäessä myös useita muita tekniikoita.
NiCd olivat ensimmäiset kaupallisesti saatavissa olevat ladattavat akut massamarkkinakäyttöön, mutta kärsivät kyvystä suorittaa vain rajoitettu määrä latauksia. NiMH korvasi NiCd-akut ja pystyi lataamaan useammin. Valitettavasti niiden säilyvyys oli hyvin lyhyt, joten jos niitä ei käytetä pian valmistuksen jälkeen, ne voivat olla tehottomia. LiOn-akut ratkaisivat nämä ongelmat asettamalla pieneen säiliöön, jolla on pitkä varastointiaika ja mahdollistamalla useita latauksia. Mutta LiOn-akkuja ei käytetä yleisimmin kulutuselektroniikassa, kuten mobiililaitteissa ja kannettavissa tietokoneissa. Nämä paristot ovat paljon kalliimpia kuin kertakäyttöiset alkaliparistot, eivätkä tyypillisesti toimita perinteisiä kokoja AA, AAA, C, D jne.
Viimeinen ladattavien akkujen tyyppi, jonka useimmat ihmiset tuntevat, ovat nestemäiset lyijyakut, joita käytetään yleisimmin autoakkuina. Nämä akut voivat antaa paljon virtaa (kuten kylmäkäynnistyksessä), mutta sisältävät vaarallisia aineita, kuten lyijyä ja rikkihappoa, jota käytetään elektrolyyttinä. Tällaiset paristot on hävitettävä varoen, jotta ne eivät saastuta ympäristöä tai aiheuta fyysistä haittaa niitä käsitteleville.
Nykyisen akkutekniikan tavoitteena on luoda paristo, joka vastaa tai parantaa LiOn-paristojen suorituskykyä, mutta ilman niiden valmistukseen liittyviä suuria kustannuksia. Litium-ioniperheessä on keskitytty lisäaineiden lisäämiseen akun tehokkuuden lisäämiseksi alentamalla hintalappua. Esimerkiksi litium-koboltti (LiCoO2) -järjestelyt löytyvät nyt monista matkapuhelimista, kannettavista tietokoneista, digitaalikameroista ja puettavista tuotteista. Litium-mangaani (LiMn2O4) -kennoja käytetään yleisimmin sähkötyökaluissa, lääketieteellisissä instrumentissa ja sähkökäyttöisissä voimansiirtoissa, kuten sähköajoneuvoissa. (Lisätietoja: Miksi Tesla-autot ovat niin kalliita? )
Tällä hetkellä on ryhmiä, jotka suorittavat tutkimusta ja kehitystä parantaakseen litiumpohjaisten akkujen suorituskykyä. Litium-ilma (Li-Air) akut ovat jännittävä uusi kehitys, joka voisi mahdollistaa paljon suuremman energian varastointikapasiteetin - jopa 10 kertaa enemmän kapasiteettia kuin tyypillisen LiOn-akun. Nämä paristot kirjaimellisesti "hengittävät" ilmaa käyttämällä vapaata happea anodin hapettamiseksi. Vaikka tämä tekniikka näyttää lupaavalta, siihen liittyy joukko teknisiä ongelmia, mukaan lukien suorituskykyä heikentävien sivutuotteiden nopea rakentaminen ja "äkillisen kuoleman" ongelma, jossa akku lakkaa toimimasta ilman varoitusta.
Litiummetalliparistot ovat myös vaikuttava kehitys, lupaaen lähes neljä kertaa enemmän energiatehokkuutta kuin nykyinen sähköautoakkutekniikka. Myös tämän tyyppisen akun valmistaminen on paljon halvempaa, mikä alentaa niitä käyttävien tuotteiden kustannuksia. Turvallisuuskysymykset ovat kuitenkin suuri huolenaihe, koska nämä paristot voivat ylikuumentua, aiheuttaa tulipalon tai räjähtää, jos ne vahingoittuvat. Muihin uusiin tekniikoihin, joihin parhaillaan työskennellään, kuuluvat litium rikki ja pii-hiili, mutta nämä solut ovat vielä tutkimuksen alkuvaiheessa ja eivät ole vielä kaupallisesti kannattavia. Aurinkoenergiaa käyttävien akkujen ympärillä tapahtuu myös useita kehityssuuntauksia.
Sijoittaminen akkutekniikkaan
Jos ja kun akkutekniikka lähtee näihin uusiin jännittäviin suuntiin, se alentaa kulutuselektroniikan ja Tesla Motorsin (TSLA) tuottamien sähköajoneuvojen tuotantokustannuksia. Tesla ilmoitti hiljattain rakentavansa 'gigafactory'n, jonka tarkoituksena ei ole vain tuottaa enemmän ajoneuvoja, vaan myös tuottaa omia LiOn-akkuja talossa yhdessä japanilaisen elektroniikkajättilä Panasonicin (ADR: PCRFY) kanssa. Kun Tesla on ottanut akkujen tuotanto-ongelman omaan käsiinsä, se on saattanut löytää loistavan tavan saada sijoitusaltistusta sekä sähköautoihin että akkutekniikkaan.
Akkutekniikkamarkkinat ovat melko myopiset uusien tekniikoiden, kehityksen ja kumppanuuksien kanssa, jotka kiihdyttävät alaa eteenpäin. Visiongainin "20 parhaan litiumioniakkuvalmistajayrityksen raportti 2018" tarjoaa paljon tietoa akkutekniikkamarkkinoista ja sen parhaista valmistajista. Raportissa mukana olevat yritykset sisältävät seuraavat:
- A123 Systems Inc. Autoteollisuuden energiahuoltoyhtiö (AESC) Kiinan ilmailuteollisuusyhtiö (AVIC) BYD Company Ltd. CBAK Energy Technology Inc. Nykyaikainen Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan korkean teknologian Power Energy Co, Ltd Hitachi Chemical Co, Ltd Johnson Controls International Plc. LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporationin akkujen akut Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Tianjin Lishen Akku Osakeyhtiö Co, Ltd Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
Muita akkuteollisuuden merkittäviä nimiä ovat seuraavat:
- Arotech Corp (ARTX) kehittää ja jakelee litium- ja sinkki-ilmaparistoja ja laskee Yhdysvaltain armeijan asiakkaidensa keskuudessa.PolyPore Inc. (PPO) tuottaa erittäin erikoistuneita litiumpolymeeriparistoja pääasiassa teollisuus- ja lääketieteellisiin tarkoituksiin.Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) on vaihtoehtoisen energian yritys, jolla on enemmistöomistuksessa oleva yhteisyritys Delphi Automotiven (DLPH) kanssa luodakseen sähköajoneuvojen akkuratkaisuja.Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) on brittiläinen yritys, joka hyödyntää nanoteknologiaa ja grafeenia materiaalina muun muassa tuottaa, grafeenipohjaiset akut. Sovelletut grafeenimateriaalit (OTCMKTS: APGMF) tutkii myös grafeenipohjaisia sovelluksia. EnerSys on pelkkä paristojen leikki. Se on tällä hetkellä suurin teollisuusakkujen valmistaja maailmassa.
Siellä on myös Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). Tämän ETF: n tavoitteena on seurata Solactive Global Lithium -indeksiä ja tarjota altistuminen monipuoliselle valikoimalle julkisesti noteerattuja yrityksiä, jotka keskittyvät pääasiassa litiumiin, mukaan lukien litiumin louhinta, litiumin jalostaminen ja litiumin käyttö akkujen tuotannossa. LIT ETF: n merkittävimmät omistukset lokakuusta 2018 alkaen sisälsivät seuraavia:
- 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%
Pohjaviiva
Virtalähteen paristot ovat aina olleet tärkeitä nykyaikana. Matkaviestinnän ja sähköautojen tullessa markkinoille, niiden merkitys kasvaa kuitenkin edelleen. Tällä hetkellä esimerkiksi akkujen osuus on yli puolet Tesla-auton kustannuksista.
Koska niiden merkitys kasvaa, uusien ja parempien ladattavien paristojen tutkimus on lisääntymässä. Litium-ilma- ja litiummetalliparistot voivat osoittautua edistykseksi, jolla on merkitystä. Jos nämä tekniikat lopulta kannattavat, sijoittaminen akkujen tuotantoon osallistuviin suuriin yrityksiin, puhdaspelejä litium-ionivalmistajiin tai litiummetallituottajien välillinen altistuminen voi parantaa salkun tulevaa suorituskykyä. ( Lisätietoja: Investointi seuraavaan megatrendiin: litium .)
