По мере увеличения спроса на мобильные компьютеры и всеэлектрические автомобили ограничения существующей технологии батарей представляют собой блокпост. Изобретенная в 1790-х годах итальянским физиком Алессандро Вольта, электрическая батарея была рабочей лошадкой многочисленных гаджетов, устройств и машин.

Поскольку потребительские устройства стали меньше и их бесперебойное использование, прежде чем перезагрузка стала более важной, также становится все более важным, чтобы батареи стали миниатюризированными и более энергоэффективными. Это, однако, оказалось технологическим препятствием, которое, если оно будет превзойдено, станет важным и прибыльным развитием для завтрашней экономики высоких технологий.

Технология батареи

Все электрические батареи полагаются на фундаментальную химическую реакцию восстановления и окисления (окислительно-восстановительного потенциала), которая может возникать между двумя различными материалами. Эти реакции размещают в закрытом и герметичном контейнере. Катод или положительный вывод уменьшаются анодом или отрицательным концом, где происходит окисление. Катод и анод физически разделяются электролитом, который позволяет электронам легко течь от одного терминала к другому. Этот поток электронов вызывает электрический потенциал, который допускает электрический ток при завершении схемы.

Одноразовые потребительские батареи (известные как первичные батареи), такие как ячейки размера AA и AAA, производимые такими компаниями, как Energizer (ENR ENREnergizer Holdings Inc41. -0. 02% Создано с помощью Highstock 4. 2. 6 ), полагайтесь на технологию, которая не способствует современным приложениям. Во-первых, они не перезаряжаемы. Эти так называемые щелочные батареи используют катод с диоксидом марганца и цинковый анод, разделенные разбавленным электролитом диоксида калия. Электролит окисляет цинк в аноде, а диоксид марганца в катоде реагирует с окисленными ионами цинка для создания электричества. Постепенно побочные продукты реакции накапливаются в электролите, и количество оставшегося окисленного цинка уменьшается. В конце концов, батарея умирает. Эти батареи обычно обеспечивают 1. 5 вольт электричества и могут быть организованы серийно, чтобы увеличить эту сумму. Например, две батареи типа АА обеспечивают три напряжения электричества.

Аккумуляторные батареи (известные как вторичные батареи) работают одинаково, используя реакцию окислительного восстановления между двумя материалами, но они также позволяют реакции протекать в обратном направлении. В настоящее время наиболее часто используемыми перезаряжаемыми батареями на сегодняшний день являются литий-ионные (LiOn), хотя в поисках надежной перезаряжаемой батареи также использовались различные другие технологии, включая никель-металлгидрид (NiMH) и никель-кадмий (NiCd).

NiCd были первыми коммерчески доступными перезаряжаемыми батареями для массового использования на рынке, но пострадали от возможности лишь ограниченного количества перезарядки. NiMH заменили NiCd-батареи, и их можно было заряжать чаще. К сожалению, у них был очень короткий срок хранения, поэтому, если они не были использованы вскоре после производства, они могут быть неэффективными. Аккумуляторы LiOn решают эти проблемы, прибегая к небольшому контейнеру, имеющему длительный срок хранения и позволяющему много зарядов. Но батареи LiOn не являются наиболее часто используемыми в бытовой электронике, таких как мобильные устройства и портативные компьютеры. Эти батареи намного дороже, чем одноразовые щелочные батареи и обычно не входят в традиционные размеры AA, AAA, C, D и т. Д. (См. Также: Запасы литиево-ионных аккумуляторов .)

последний тип перезаряжаемых батарей, с которыми знакомы большинство людей, это жидкие свинцово-кислотные батареи, чаще всего используемые в качестве автомобильных аккумуляторов. Эти батареи могут обеспечить большую мощность (как при холодном запуске автомобиля), но содержат опасные материалы, включая свинец и серную кислоту, которая используется в качестве электролита. Эти батареи необходимо утилизировать с осторожностью, чтобы не загрязнять окружающую среду и не причинять физический вред тем, кто их обрабатывает.

Целью нынешней технологии батареи является создание батареи, которая может соответствовать или улучшать производительность батарей LiOn, но без больших затрат, связанных с их производством. В семействе литиевых ионов усилия были сосредоточены на добавлении дополнительных ингредиентов для повышения эффективности батареи при снижении цены. Например, устройства l ithium-cobalt (LiCoO2) теперь находятся во многих сотовых телефонах, ноутбуках, цифровых камерах и пригодных для носки продуктах. L клетки ithium-марганца (LiMn2O4) чаще всего используются для электроинструментов, медицинских инструментов и электрических силовых агрегатов, таких как электромобили. (Подробнее см. Ниже: Почему автомобили Tesla настолько дорогие? )

В настоящее время есть команды, проводящие исследования и разработки, чтобы увеличить производительность литиевых батарей. Литиево-воздушные аккумуляторы (Li-Air) - захватывающая новая разработка, которая может обеспечить гораздо большую емкость для хранения энергии - в 10 раз большую емкость, чем у обычной батареи LiOn. Эти батареи буквально «дышат» воздухом, используя свободный кислород для окисления анода. Хотя эта технология кажется многообещающей, существует ряд технологических проблем, включая быстрое наращивание побочных продуктов, снижающих производительность, и проблему «внезапной смерти», при которой батарея перестает работать без предупреждения.

Литиево-металлическая батарея также является впечатляющей разработкой, обещая почти в четыре раза больше энергоэффективности, чем нынешняя технология электрических автомобильных аккумуляторов. Этот тип батареи также намного дешевле производить, что снизит стоимость продуктов, которые их используют. Однако проблемы с безопасностью являются серьезной проблемой, так как эти батареи могут перегреваться, вызывать пожар или взрываться, если они повреждены.Другие новые технологии, которые разрабатываются, включают литий-серу и кремний-углерод, но эти клетки все еще находятся на ранних этапах исследований и еще не являются коммерчески жизнеспособными.

Инвестирование в технологии аккумуляторов

Если и когда технология батареи взлетит в этих новых новых направлениях, это снизит себестоимость производства для бытовой электроники и электромобилей, таких как те, которые произведены Tesla Motors (TSLA TSLATesla Inc306. 05 + 1. 08% Создано с Highstock 4. 2. 6 ). Недавно Tesla объявила о строительстве «gigafactory», чтобы не только производить больше автомобилей, но и выпускать собственные батареи LiOn в доме вместе с японским электроникой Panasonic (ADR: PCRFY). Взяв проблему производства батареи в свои руки, Тесла, возможно, нашел отличный способ получить инвестиционную привлекательность как для электромобилей, так и для аккумуляторных технологий. (См. Также: Гибридная игра аккумулятора .)

Согласно отчету энергетического консультанта Navigant Research, LG Chem of Korea Korea, Johnson Controls (JCI JCIJohnson Controls International PLC40.99-0,24% Создано с Highstock 4. 2. 6 ), а частные AESC являются лидерами в области технологий батареи. Следуя этим компаниям, Panasonic, Hitachi (ADR: HTHIY), Toshiba (ADR: TOSBF), Samsung (ADR: SSNLF) и EnerSys (ENS ENSEnerSys Inc68. 00-1. 06% Создано с Highstock 4. 2. 6 ).

Из этих компаний только EnerSys - это чистая игра на батареях. В настоящее время это крупнейший производитель промышленных батарей по всему миру. Все другие компании, новаторские в области, также участвуют в других предприятиях. Появятся более мелкие компании с чистым игроком, которые в настоящее время не находятся в авангарде сектора. Есть несколько вариантов:

• Arotech Corp (ARTX ARTXArotech Corp3. 90 + 1. 30% Создано с Highstock 4. 2. 6 ) разрабатывает и распространяет литиевые и цинково-воздушные батареи и считает американских военных среди своих клиентов.
• PolyPore Inc. (PPO) производит высокоспециализированные литиевые полимерные батареи в основном для промышленного и медицинского применения.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) - это альтернативная энергетическая компания, имеющая совместное предприятие с Delphi Automotive (DLPH DLPHDelphi Automotive PLC97. 26-0. 01% Создано с Highstock 4 2. 6 ) для создания батарейных решений для электромобилей.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) - британская компания, использующая нанотехнологию и материал графена для производства, помимо прочего, батарей на основе графена. Прикладные графеновые материалы (OTCMKTS: APGMF) также проводят исследования для таких применений.

Для тех, кто ищет косвенное воздействие, тремя крупнейшими производителями литиевой руды являются чилийская компания Sociedad Quimica y Minera (SQM SQMSoquimich59. 83 + 1. 51% Создано с Highstock 4. 2. 6 ), FMC Corp. (FMC FMCFMC Corp93. 51 + 2.80% Создано с Highstock 4. 2. 6 ) и Rockwood (ROC). Существует также литий-фондовый ETF, который торгуется под тикером LIT LITGlb X Lth & Battr40. 01 + 1. 21% Создано с Highstock 4. 2. 6 . ( Подробнее см .: Инвестирование в следующий Megatrend: Lithium .)

Bottom Line

Батареи для электроснабжения всегда были важны в современную эпоху. Однако с появлением мобильных компьютеров и электромобилей их значение будет продолжать расти. Прямо сейчас, например, на батарейные блоки питания приходится более половины стоимости автомобиля Tesla. (См. Также: Каков наилучший способ получить электромобили при инвестировании в автомобильный сектор? )

Из-за их растущего значения набирает силу исследование новых и лучших аккумуляторных батарей. Литиево-воздушные и литиево-металлические батареи могут оказаться важным шагом вперед. Если эти технологии в конечном итоге окупится, инвестиции в крупные компании, участвующие в производстве аккумуляторов, в литий-ионных производителях с чистыми играми или косвенное воздействие через производителей литиевого металла, могут помочь поддержать будущие показатели портфеля.