Ahogy növekszik a mobil számítástechnika és az összes elektromos autó igénye, a jelenlegi akkumulátor-technológia korlátozásai akadályt jelentenek. Az 1790-es években az Alessandro Volta olasz fizikusok találták fel az elektromos akkumulátort számos eszköz, eszköz és gép munkahelyévé.
Mivel a fogyasztói eszközök egyre kisebbeké válnak, és folyamatos használatuk még fontosabbá válik az újratöltés előtt, egyre fontosabbá válik az akkumulátorok miniatürizálása és energiatakarékosabbá tétele. Ez azonban olyan technológiai akadálynak bizonyult, amely - ha meghaladja - a holnap csúcstechnológiájú gazdaságának fontos és jövedelmező fejlődése lesz.
Akkumulátor-technológia
Minden elektromos akkumulátor a redukció és az oxidáció (redox) alapvető kémiai reakciójára támaszkodik, amely két különböző anyag között előfordulhat. Ezeket a reakciókat zárt és lezárt tartályban helyezzük el. A katódot vagy a pozitív terminált az anód, vagy a negatív terminál csökkenti, ahol oxidáció történik. A katódot és az anódot fizikailag elválasztják egy elektrolit, amely lehetővé teszi az elektronok könnyű áramlását az egyik csatlakozóról a másikra. Ez az elektronáram elektromos potenciált okoz, amely lehetővé teszi az áramot az áramkör befejezésekor.
Az eldobható fogyasztási akkumulátorok (elsődleges akkumulátorokként ismertek), például az AA- és AAA-méretű cellák, amelyeket olyan cégek gyártanak, mint az Energizer (ENR), olyan technológiára támaszkodnak, amely nem segíti elő a modern alkalmazásokat. Egyrészt nem tölthetők újra. Ezek az úgynevezett alkáli elemek használnak mangán-dioxid-katódot és cink-anódot, amelyeket híg kálium-dioxid elektrolit választ el egymástól. Az elektrolit az anódban lévő cinket oxidálja, míg a katódban lévő mangán-dioxid reakcióba lép az oxidált cink-ionokkal, villamos energiát képezve. Fokozatosan a reakció melléktermékei épülnek fel az elektrolitban, és az oxidálandó maradék cink mennyisége csökken. Végül az akkumulátor elhal. Ezek az akkumulátorok általában 1, 5 voltos áramot szolgáltatnak, és sorrendben elrendezhetők az összeg növelése érdekében. Például két sorozatban lévő AA elem három volta elektromosságot szolgáltat.
Az újratölthető akkumulátorok (másodlagos akkumulátorok) nagyjából azonos módon működnek, két anyag közötti redukciós oxidációs reakció felhasználásával, de lehetővé teszik a reakció fordított irányú áramlását is. A piacon a leggyakrabban használt újratölthető akkumulátorok a lítium-ion (LiOn), bár számos más technológiát kipróbáltak egy működőképes újratölthető elem keresésekor is, ideértve a nikkel-fém-hidridet (NiMH) és a nikkel-kadmiumot (NiCd).
A NiCd voltak az első, a kereskedelemben beszerezhető újratölthető akkumulátorok, amelyek tömeges piaci felhasználásra készültek, de csak korlátozott számú újratöltésre képesek. A NiMH cseréli a NiCd akkumulátorokat, és gyakrabban voltak tölthetők. Sajnos nagyon rövid eltarthatósági idővel bírtak, tehát ha előállításuk után hamarosan nem használnák őket, akkor hatástalanok lehetnek. A LiOn akkumulátorok ezeket a problémákat úgy oldották meg, hogy egy kis tartályba kerültek, hosszú tárolási idővel rendelkeznek, és sok töltést tettek lehetővé. De a LiOn akkumulátorokat nem a leggyakrabban használják a fogyasztói elektronikában, például a mobil eszközökben és a laptop számítógépekben. Ezek az akkumulátorok sokkal drágábbak, mint az eldobható alkáli elemek, és általában nem kerülnek forgalomba a hagyományos méretekben (AA, AAA, C, D stb.).
Az utóbbi típusú újratölthető akkumulátorok, amelyeket a legtöbb ember ismer, a folyékony ólom-sav akkumulátorok, amelyeket leggyakrabban autóakkumulátorokként használnak. Ezek az akkumulátorok sok energiát biztosítanak (mint például egy autó hidegindításakor), de veszélyes anyagokat tartalmaznak, beleértve az ólmot és a kénsavat, amelyeket elektrolitként használnak. Az ilyen típusú elemeket óvatosan kell megsemmisíteni, hogy ne szennyezzék a környezetet vagy fizikai károkat okozhassanak az akkumulátorokat kezelõk számára.
A jelenlegi akkumulátor-technológia célja egy olyan akkumulátor létrehozása, amely megfelelhet a LiOn akkumulátorok teljesítményének vagy javíthatja azokat, de az előállításukhoz kapcsolódó költségek nélkül. A lítium-ioncsaládon belül az erőfeszítések arra koncentráltak, hogy további alkotóelemeket adjunk az akkumulátor hatékonyságának növelésére, miközben csökkentik az árat. Például a lítium-kobalt (LiCoO2) elrendezések sok mobiltelefonban, laptopban, digitális fényképezőgépben és hordható termékben találhatók. A lítium-mangán (LiMn2O4) cellákat leggyakrabban használják elektromos szerszámok, orvosi műszerek és elektromos hajtóműveknél, például az elektromos járművekben. (További információ: Miért olyan olcsó a Tesla autók? )
Jelenleg vannak olyan csoportok, amelyek kutatást és fejlesztést végeznek a lítium-alapú akkumulátorok teljesítményének javítása érdekében. A lítium-levegő (Li-Air) akkumulátorok izgalmas új fejlesztések, amelyek sokkal nagyobb energiatároló kapacitást tesznek lehetővé - akár tízszeresére nagyobb kapacitást, mint egy tipikus LiOn akkumulátor. Ezek az elemek szó szerint "lélegeznek" levegőt szabad oxigén felhasználásával az anód oxidálásához. Bár ez a technológia ígéretesnek tűnik, számos technológiai probléma merül fel, ideértve a teljesítménycsökkentő melléktermékek gyors felépítését és a "hirtelen halál" problémáját, amelyben az akkumulátor figyelmeztetés nélkül megszűnik működni.
A lítium-fém akkumulátorok szintén lenyűgöző fejlesztés, közel négyszeres energiahatékonyságot ígérnek, mint a jelenlegi elektromos autóakkumulátor-technológia. Az ilyen típusú akkumulátorok előállítása szintén sokkal olcsóbb, ami csökkenti az őket használó termékek költségeit. A biztonsági kérdések azonban komoly aggodalomra adnak okot, mivel ezek az akkumulátorok túlmelegedhetnek, tüzet okozhatnak vagy felrobbanhatnak, ha sérültek. Egyéb kidolgozott új technológiák közé tartozik a lítium-kén és a szilícium-szén, de ezek a cellák még mindig a kutatás korai szakaszában vannak, és még nem kereskedelmi szempontból életképes. Számos fejlemény fordul elő napelemes akkumulátorok körül.
Befektetés az akkumulátor technológiába
Ha és amikor az akkumulátortechnika elindul ezen izgalmas új irányokban, ez csökkenti a fogyasztói elektronika és az elektromos járművek, például a Tesla Motors (TSLA) által gyártott gyártási költségeket. A Tesla nemrégiben bejelentette egy „gigafactory” építését, amely nemcsak több jármű gyártására, hanem saját LiOn akkumulátorok előállítására is szolgál a házban, a japán Panasonic elektronikai óriás (ADR: PCRFY) kapcsán. Azáltal, hogy a saját kezébe vitte az akkumulátor-gyártási problémát, a Tesla nagyszerű módszert találhat arra, hogy befektetési kockázatot szerezzen mind az elektromos autók, mind az akkumulátorok területén.
Az akkumulátor-technológia piaca kissé rövidlátó az új technológiákkal, fejlesztésekkel és partnerségekkel, amelyek az ipar előrehaladását eredményezik. A Visiongain „A 20 legfontosabb lítium-ion akkumulátorgyártó vállalat 2018-as jelentése” nagymértékű betekintést nyújt az akkumulátor-technológia piacára és annak leggyakoribb gyártóira. A jelentésben szereplő vállalatok a következőket foglalják magukban:
- A123 Systems Inc. Autóipari Energiaellátó Vállalat (AESC) Kína Repülési Ipari Vállalata (AVIC) BYD Company Ltd. A CBAK Energy Technology Inc. kortárs Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan csúcstechnológiájú energiaellátási társaság Chemical Co., Ltd. A Johnson Controls International Plc. LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporation akkumulátorok Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Tianjin Lishen akkumulátor részvénytársaság, Ltd. Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
Az akkumulátoripar más nevezetes nevei a következők:
- Az Arotech Corp (ARTX) lítium és cink-levegő akkumulátorokat fejleszt és forgalmaz, és az Egyesült Államok katonaságát számolja ügyfelei között.PolyPore Inc. (PPO) magasan specializálódott lítium polimer akkumulátorokat gyárt, elsősorban ipari és orvosi célokra. Az EN1 (OTCMKTS: HEVVQ) egy alternatív energiaipari társaság, amely többségi tulajdonban lévő közös vállalkozással rendelkezik a Delphi Automotive-del (DLPH) az akkumulátormegoldások létrehozására az elektromos járművek számára. A Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) egy brit vállalat, amely nanotechnológiát és grafén anyagot hoz létre, többek között, grafén-alapú elemek. Az alkalmazott grafén anyagok (OTCMKTS: APGMF) a grafén alapú alkalmazások kutatását is végzik. Az EnerSys tiszta játék az akkumulátorokon. Jelenleg világszerte a legnagyobb ipari akkumulátorok gyártója.
Van még a Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). ez az ETF a Solactive Global Lithium Index nyomon követésére törekszik, és olyan nyilvános forgalmazású társaságok diverzifikált portfólióját teszi ki, amelyek elsősorban a lítiumra összpontosítanak, ideértve a lítium kitermelését, a lítium finomítását és a lítium használatát az akkumulátorok gyártásában. A LIT ETF legfontosabb részesedései 2018. október óta a következők voltak:
- 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%
Alsó vonal
Az akkumulátorok mindig is fontosak voltak a modern korban. A mobil számítástechnika és az elektromos autók megjelenésével azonban fontosságuk csak tovább fog növekedni. Jelenleg például az akkumulátorok teszik ki a Tesla autó költségeinek több mint felét.
Növekvő fontosságuk miatt egyre újabb lendületet kap az új és jobban újratölthető elemek kutatása. A lítium-levegő és lítium-fém akkumulátorok valószínűleg előrelépésnek számítanak. Ha ezek a technológiák megtérülnek, az akkumulátorok gyártásával foglalkozó nagyvállalatokba, a tiszta játékú lítium-ion gyártókba történő befektetés vagy a lítium-fémgyártók általi közvetett expozíció hozzájárulhat a portfólió jövőbeli teljesítményének javításához. ( További információ: Befektetés a következő megatrendbe: lítium .)
