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. Uitgevonden in de jaren 1790 door de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta, is de elektrische batterij het werkpaard van talloze gadgets, apparaten en machines.

Omdat consumentenapparaten kleiner zijn geworden en hun ononderbroken gebruik belangrijker is voor het opladen, is het ook steeds belangrijker geworden dat batterijen zowel geminiaturiseerd als energiezuiniger worden. Dit is echter een technologische hindernis gebleken die, indien overtroffen, een belangrijke en winstgevende ontwikkeling zal zijn voor de hightech-economie van morgen.

Batterij technologie

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 afgesloten container. De kathode of positieve aansluiting wordt gereduceerd door de anode, of negatieve aansluiting, waar oxidatie optreedt. De kathode en anode worden fysiek gescheiden door een elektrolyt waarmee elektronen gemakkelijk van de ene aansluiting naar de andere kunnen stromen. Deze stroom van elektronen veroorzaakt een elektrische potentiaal, die een elektrische stroom mogelijk maakt wanneer een circuit is voltooid.

Wegwerp-consumentenbatterijen (bekend als primaire batterijen), zoals de cellen van AA- en AAA-formaat die worden geproduceerd door bedrijven als Energizer (ENR), vertrouwen op een technologie die niet bevorderlijk 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 te creëren. Geleidelijk stapelen zich reactiebijproducten op in de elektrolyt en wordt de hoeveelheid te oxideren zink verminderd. Uiteindelijk gaat de batterij leeg. Deze batterijen leveren doorgaans 1, 5 volt elektriciteit en kunnen op seriële wijze worden opgesteld om die hoeveelheid te verhogen. Twee AA-batterijen in serie leveren bijvoorbeeld drie volt elektriciteit.

Oplaadbare batterijen (ook wel secundaire batterijen genoemd) werken op vrijwel dezelfde manier, met behulp van een reductie-oxidatiereactie tussen twee materialen, maar ze laten ook de reactie omgekeerd stromen. De meest gebruikte oplaadbare batterijen die momenteel op de markt zijn, zijn lithium-ion (LiOn), hoewel verschillende andere technologieën ook zijn geprobeerd in de zoektocht naar een bruikbare oplaadbare batterij, waaronder nikkelmetaalhydride (NiMH) en nikkel-cadmium (NiCd).

NiCd waren de eerste in de handel verkrijgbare oplaadbare batterijen voor gebruik op de massamarkt, maar leden slechts aan een beperkt aantal oplaadbeurten. NiMH verving NiCd-batterijen en kon vaker worden opgeladen. Helaas hadden ze een zeer korte houdbaarheid, dus als ze niet snel na productie werden gebruikt, konden ze ineffectief zijn. LiOn-batterijen hebben deze problemen opgelost door ze in een kleine container te brengen, lang houdbaar te zijn en veel te laden. Maar LiOn-batterijen worden niet het meest gebruikt in consumentenelektronica zoals mobiele apparaten en laptops. Deze batterijen zijn veel duurder dan wegwerpbare alkalinebatterijen en komen meestal niet in de traditionele formaten AA, AAA, C, D enz. (Zie ook: Lithium-ionbatterijen .)

Het laatste type oplaadbare batterijen dat de meeste mensen bekend zijn, zijn vloeibare loodzuuraccu's, die meestal worden gebruikt als autobatterijen. Deze batterijen kunnen veel vermogen leveren (zoals bij het koud starten van een auto), maar bevatten gevaarlijke materialen, waaronder lood en zwavelzuur, dat als elektrolyt wordt gebruikt. Dit soort batterijen moet voorzichtig 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 het creëren van een batterij die de prestaties van LiOn-batterijen kan evenaren of verbeteren, maar zonder de hoge kosten die aan hun productie zijn verbonden. Binnen de lithium-ionfamilie zijn inspanningen gericht op het toevoegen van extra ingrediënten om de effectiviteit van de batterij te vergroten en tegelijkertijd het prijskaartje te verlagen. Oplossingen voor lithium-kobalt (LiCoO2) zijn nu bijvoorbeeld 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 aandrijvingen, zoals die gevonden worden in elektrische voertuigen. (Zie voor meer informatie: Waarom zijn Tesla-auto's zo duur? )

Momenteel zijn er teams die onderzoek en ontwikkeling verrichten om de prestaties van op lithium gebaseerde batterijen te verbeteren. Lithium-lucht (Li-Air) batterijen zijn een opwindende nieuwe ontwikkeling die een veel grotere energieopslagcapaciteit mogelijk zou kunnen maken - tot 10 keer meer capaciteit dan een typische LiOn-batterij. Deze batterijen zouden letterlijk "lucht" inademen door vrije zuurstof te gebruiken om de anode te oxideren. Hoewel deze technologie veelbelovend lijkt, zijn er een aantal technologische problemen, waaronder een snelle opbouw van prestatieverlagende bijproducten en het probleem van "plotselinge dood" waarbij de batterij zonder waarschuwing stopt te werken.

Lithium-metaalbatterijen zijn ook een indrukwekkende ontwikkeling en beloven bijna vier keer meer energie-efficiëntie dan de huidige technologie voor elektrische auto's. Dit type batterij is ook veel goedkoper om te produceren, wat de kosten van producten die ze gebruiken zal verlagen. Veiligheidskwesties zijn echter een groot probleem, omdat deze batterijen oververhit kunnen raken, brand kunnen veroorzaken of exploderen als ze beschadigd raken. Andere nieuwe technologieën waaraan wordt gewerkt, zijn onder meer lithium-zwavel en silicium-koolstof, maar deze cellen bevinden zich nog in de vroege fasen van onderzoek en zijn nog niet commercieel levensvatbaar. Er zijn ook verschillende ontwikkelingen rond batterijen op zonne-energie.

Investeren in batterijtechnologie

Als en wanneer batterijtechnologie van start gaat in deze opwindende nieuwe richtingen, zullen de productiekosten voor consumentenelektronica en voor elektrische voertuigen zoals die van Tesla Motors (TSLA) worden verlaagd. Tesla heeft onlangs de bouw aangekondigd van een 'gigafabriek' om niet alleen meer voertuigen te produceren, maar ook zijn eigen LiOn-batterijen in eigen huis te produceren, in samenwerking met de Japanse elektronische gigant Panasonic (ADR: PCRFY). Door het probleem van de batterijproductie in eigen hand te nemen, heeft Tesla misschien een geweldige manier gevonden om investeringen in zowel elektrische auto's als batterijtechnologie te bereiken. (Zie ook: Hybride batterij speelt af .)

De markt voor batterijtechnologie is enigszins bijziend met nieuwe technologieën, ontwikkelingen en partnerschappen die de industrie vooruitschieten. Visiongain's "Top 20 bedrijven voor de productie van lithium-ionbatterijen 2018" biedt veel inzicht in de markt voor batterijtechnologie en zijn topfabrikanten. Bedrijven in het rapport zijn onder meer:

• 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 Hightech Power Energy Co., Ltd.
• Hitachi Chemical Co., Ltd.
• Johnson Controls International Plc.
• LG Chem
• Microvast Inc.
• Panasonic Corporation
• Veilige 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

Andere opmerkelijke namen in de batterij-industrie zijn onder meer:

• Arotech Corp (ARTX) ontwikkelt en distribueert lithium- en zink-luchtbatterijen en telt het Amerikaanse leger onder zijn klanten.
• PolyPore Inc. (PPO) produceert zeer gespecialiseerde lithium-polymeerbatterijen, voornamelijk voor industrieel en medisch gebruik.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) is een alternatief energiebedrijf dat een meerderheidsbelang heeft met Delphi Automotive (DLPH) om batterijoplossingen voor elektrische voertuigen te creëren.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) is een Britse onderneming die gebruikmaakt van nanotechnologie en het materiaal grafeen om onder meer op grafeen gebaseerde batterijen te produceren.
• Applied Graphene Materials (OTCMKTS: APGMF) doet ook onderzoek naar op grafeen gebaseerde toepassingen.
• EnerSys is een pure-play op batterijen. Het is momenteel de grootste producent van industriële batterijen wereldwijd.

Er is ook de Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). deze ETF streeft naar het volgen van de Solactive Global Lithium Index en biedt een blootstelling aan een gediversifieerde portefeuille van beursgenoteerde bedrijven die voornamelijk gericht zijn op lithium, waaronder de winning van lithium, raffinage van lithium en het gebruik van lithium bij de productie van batterijen. Topposities in de LIT ETF vanaf oktober 2018 omvatten het volgende:

• 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%
• PANASONISCH CORP 4, 60%
• TESLA INC 4, 37%
• SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4.24%

Het komt neer op

Batterijen voor stroom zijn altijd belangrijk geweest in de moderne tijd. Met de komst van mobiel computergebruik en elektrische auto's zal hun belang echter alleen maar toenemen. Op dit moment zijn bijvoorbeeld accupakketten goed voor meer dan de helft van de kosten van een Tesla-auto. (Zie ook: Wat is de beste manier om blootstelling aan elektrische auto's te krijgen bij investeringen in de automobielsector? )

Vanwege hun groeiende belang wint onderzoek naar nieuwere en betere oplaadbare batterijen aan kracht. Lithium-lucht- en lithium-metaalbatterijen kunnen de vooruitgang blijken te zijn die ertoe doet. Als deze technologieën hun vruchten afwerpen, kunnen investeringen in grote bedrijven die betrokken zijn bij de productie van batterijen, in pure-play lithium-ionfabrikanten of indirecte blootstelling via producenten van lithiummetaal de toekomstige prestaties van een portfolio helpen verbeteren. ( Zie voor meer informatie: Investeren in de volgende megatrend: lithium .)