13 Juni 2021 18:16

Neue Investitionsmöglichkeiten in Batterietechnologie

Da die Nachfrage nach mobilen Computern und vollelektrischen Autos steigt, stellen die Grenzen der aktuellen Batterietechnologie eine Hürde dar.  Die elektrische Batterie wurde in den 1790er Jahren vom italienischen Physiker Alessandro Volta erfunden und war das Arbeitspferd zahlreicher Geräte, Geräte und Maschinen.

Da Verbrauchergeräte kleiner werden und ihre ununterbrochene Nutzung vor dem Aufladen wichtiger wird, wird es auch immer wichtiger, dass Batterien sowohl miniaturisiert als auch energieeffizienter werden. Dies hat sich jedoch als technologische Hürde erwiesen, deren Überwindung eine wichtige und gewinnbringende Entwicklung für die Hightech-Wirtschaft von morgen sein wird.

Batterietechnologie

Alle elektrischen Batterien basieren auf der grundlegenden chemischen Reaktion der Reduktion und Oxidation (Redox), die zwischen zwei verschiedenen Materialien auftreten kann. Diese Reaktionen sind in einem geschlossenen und versiegelten Behälter untergebracht. Die Kathode oder der positive Anschluss wird durch die Anode oder den negativen Anschluss reduziert, wo eine Oxidation auftritt. Kathode und Anode sind physikalisch durch einen Elektrolyten getrennt, der es den Elektronen ermöglicht, leicht von einem Anschluss zum anderen zu fließen. Dieser Elektronenfluss verursacht ein elektrisches Potential, das bei Abschluss eines Stromkreises elektrischen Strom zulässt.

Einwegbatterien für Verbraucher (sogenannte Primärbatterien), wie die Zellen der Größe AA und AAA, die von Unternehmen wie Energizer ( ENR ) hergestellt werden, basieren auf einer Technologie, die modernen Anwendungen nicht förderlich ist. Zum einen sind sie nicht wiederaufladbar. Diese sogenannten Alkalibatterien verwenden eine Mangandioxid-Kathode und eine Zink-Anode, die durch einen verdünnten Kaliumdioxid-Elektrolyten getrennt sind. Der Elektrolyt oxidiert das Zink in der Anode, während das Mangandioxid in der Kathode mit den oxidierten Zinkionen reagiert, um Strom zu erzeugen. Allmählich bauen sich Reaktionsnebenprodukte im Elektrolyten auf und die Menge an zu oxidierendem Zink wird verringert. Irgendwann ist die Batterie leer. Diese Batterien liefern typischerweise 1,5 Volt Elektrizität und können seriell angeordnet werden, um diese Menge zu erhöhen. Beispielsweise liefern zwei AA-Batterien in Reihe drei Volt Strom.

Wiederaufladbare Batterien (bekannt als Sekundärbatterien) funktionieren auf ähnliche Weise, indem sie eine Reduktions-Oxidations-Reaktion zwischen zwei Materialien nutzen, aber sie ermöglichen auch, dass die Reaktion umgekehrt abläuft. Die am häufigsten verwendeten Akkus auf dem Markt sind heute Lithium-Ionen (LiOn), obwohl auf der Suche nach einem funktionsfähigen Akku auch verschiedene andere Technologien ausprobiert wurden, darunter Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Nickel-Cadmium (NiCd).

NiCd war der erste im Handel erhältliche Akku für den Massenmarkt, litt jedoch darunter, dass nur eine begrenzte Anzahl von Akkus aufgeladen werden konnte. NiMH ersetzte NiCd-Akkus und konnte häufiger geladen werden. Leider hatten sie eine sehr kurze Haltbarkeit, so dass sie, wenn sie nicht kurz nach der Herstellung verwendet wurden, unwirksam sein könnten. LiOn-Batterien lösten diese Probleme, indem sie in einem kleinen Behälter geliefert wurden, eine lange Haltbarkeit hatten und viele Ladungen zulassen. LiOn-Akkus werden jedoch nicht am häufigsten in der Unterhaltungselektronik wie Mobilgeräten und Laptops verwendet. Diese Batterien sind viel teurer als Einweg-Alkalibatterien und werden normalerweise nicht in den traditionellen Größen AA, AAA, C, D usw.

Die letzte Art von wiederaufladbaren Batterien, mit denen die meisten Menschen vertraut sind, sind flüssige Blei-Säure-Batterien, die am häufigsten als Autobatterien verwendet werden. Diese Batterien können viel Leistung liefern (wie beim Kaltstart eines Autos), enthalten jedoch gefährliche Stoffe, darunter Blei und Schwefelsäure, die als Elektrolyt verwendet wird. Diese Arten von Batterien müssen sorgfältig entsorgt werden, um die Umwelt nicht zu verschmutzen oder Personen, die sie handhaben, zu verletzen.

Das Ziel der aktuellen Batterietechnologie besteht darin, eine Batterie zu schaffen, die die Leistung von LiOn-Batterien erreichen oder verbessern kann, jedoch ohne die mit ihrer Herstellung verbundenen hohen Kosten. Innerhalb der Lithium-Ionen-Familie konzentrierten sich die Bemühungen darauf, zusätzliche Inhaltsstoffe hinzuzufügen, um die Effektivität der Batterie zu erhöhen und gleichzeitig den Preis zu senken. Zum Beispiel  Lithium-Cobalt  (LiCoO2) Arrangements sind jetzt in vielen Handys, Laptops, Digitalkameras und tragbare Produkte gefunden. Lithium-Mangan-  Zellen (LiMn2O4) werden am häufigsten für Elektrowerkzeuge, medizinische Instrumente und elektrische Antriebsstränge, wie sie in Elektrofahrzeugen zu finden sind, verwendet.

Derzeit gibt es Teams, die  Kapazität  als eine typische LiOn-Batterie. Diese Batterien würden buchstäblich Luft „atmen“, indem sie freien Sauerstoff verwenden, um die Anode zu oxidieren. Obwohl diese Technologie vielversprechend erscheint, gibt es eine Reihe von technologischen Problemen, darunter eine schnelle Ansammlung von leistungsmindernden Nebenprodukten und das Problem des „plötzlichen Todes“, bei dem die Batterie ohne Vorwarnung nicht mehr funktioniert.

Eine beeindruckende Entwicklung sind auch Lithium-Metall-Batterien, die eine fast viermal höhere Energieeffizienz versprechen als die aktuelle Batterietechnologie für Elektroautos. Diese Art von Batterie ist auch viel billiger in der Herstellung, was die Kosten der Produkte senkt, die sie verwenden. Sicherheitsprobleme sind jedoch ein großes Problem, da diese Batterien bei Beschädigung überhitzen, Feuer verursachen oder explodieren können. Weitere neue Technologien, an denen gearbeitet wird, sind Lithium-Schwefel und Silizium-Kohlenstoff, aber diese Zellen befinden sich noch in der frühen Phase der Forschung und sind noch nicht kommerziell nutzbar. Es gibt auch mehrere Entwicklungen rund um solarbetriebene Batterien.

In Batterietechnologie investieren

Wenn die Batterietechnologie in diese aufregenden neuen Richtungen Gigafabrik “ an, in der nicht nur mehr Fahrzeuge, sondern auch eigene LiOn-Batterien hergestellt werden sollen. Indem Tesla das Problem der Batterieproduktion selbst in die Hand genommen hat, hat Tesla möglicherweise einen großartigen Weg gefunden, um Investitionen sowohl in Elektroautos als auch in Batterietechnologie zu tätigen.

Der Markt für Batterietechnologie ist etwas kurzsichtig mit neuen Technologien, Entwicklungen und Partnerschaften, die die Branche nach vorne katapultieren. Der „ Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018 “ von Visiongain bietet viele Einblicke in den Batterietechnologiemarkt und seine Top-Hersteller. Zu den Unternehmen im Bericht gehören die folgenden:

  •  A123 Systems Inc.
  •  Automobil-Energieversorgungsgesellschaft (AESC)
  •  Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
  •  BYD Company Ltd.
  •  CBAK Energy Technology Inc.
  •  Zeitgenössische Amperex Technology Ltd (CATL)
  •  GS Yuasa Corporation
  •  Hefei Guoxuan High-Tech Power Energy Co., Ltd
  •  Hitachi Chemical Co., Ltd.
  •  Johnson Controls International Plc.
  •  LG Chem
  •  Microvast Inc.
  •  Panasonic Corporation
  •  Saft Batterien
  •  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 bemerkenswerte Namen in der Batterieindustrie sind die folgenden:

  • Arotech Corp ( ARTX ) entwickelt und vertreibt Lithium- und Zink-Luft-Batterien und zählt das US-Militär zu seinen Kunden.
  • PolyPore Inc. ( PPO ) produziert hochspezialisierte Lithium-Polymer-Batterien hauptsächlich für industrielle und medizinische Zwecke.
  • Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) ist ein alternatives Energieunternehmen, das ein mehrheitlich gehaltenes  Joint Venture  mit Delphi Automotive ( DLPH ) hat, um Batterielösungen für Elektrofahrzeuge zu entwickeln.
  • Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) ist ein britisches Unternehmen, das Nanotechnologie und das Material Graphen nutzt, um unter anderem Batterien auf Graphenbasis herzustellen.
  • Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) forscht auch für graphenbasierte Anwendungen.
  • EnerSys ist ein  reines  Batterie -Spiel. Es ist derzeit der größte Hersteller von Industriebatterien weltweit.

Es gibt auch den Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). Dieser ETF strebt die Nachbildung des Solactive Global Lithium Index an und bietet ein Engagement in einem diversifizierten Portfolio börsennotierter Unternehmen, die sich hauptsächlich auf Lithium konzentrieren, einschließlich des Abbaus von Lithium, der Raffination von Lithium und der Verwendung von Lithium in der Batterieproduktion. Zu den Top-Positionen im LIT ETF im Oktober 2018 gehörten:

  • 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%

Die Quintessenz

Batterien für die Stromversorgung waren in der Neuzeit schon immer wichtig. Mit dem Aufkommen von Mobile Computing und Elektroautos wird ihre Bedeutung jedoch weiter zunehmen. Derzeit machen Akku-Powerpacks beispielsweise mehr als die Hälfte der Kosten eines Tesla-Autos aus.

Aufgrund ihrer wachsenden Bedeutung gewinnt die Forschung nach neueren und besseren wiederaufladbaren Batterien an Fahrt. Lithium-Luft- und Lithium-Metall-Batterien könnten sich als die entscheidende Weiterentwicklung erweisen. Wenn sich diese Technologien am Ende auszahlen, können Investitionen in große Unternehmen der Batterieproduktion, in reine Lithium-Ionen-Hersteller oder ein indirektes Engagement über Lithium-Metall-Hersteller helfen, die zukünftige Performance eines Portfolios zu stärken.

 

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