Et gennembrud i energilagring: Selvladende superkondensator sætter nye standarder for energieffektivitet

Den første uge i 2025 så solenergiaktier opleve en flot stigning, da Tesla (TSLA ) annoncerede sine rekordstore energilagringsudrulninger.

I 2024 implementerede elbilfirmaet, hvis energilagringsafdeling producerer boligs- og kommercielle batterier til lagring af solenergi, 31,5 gigawatt-timer af energilagringsprodukter, mens næsten 35 % af dem (11 GWh) blev distribueret i blot Q4 2024.

Det kinesiske batteriproduktionsselskab Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), som leverer battericeller til Tesla, udgav også sit eget masseproducerbare energilagringssystem kaldet TENER sidste år. Systemet har en kapacitet på 6,25 MWh og en energitæthed på 430 Wh/L, mens det opnår fem års nul nedbrydning.

Disse store udviklinger inden for energilagring er af kritisk betydning på grund af den stigende energiefterspørgsel. Efterspørgslen drives af den voksende verdensbefolkning, urbanisering, økonomisk vækst og teknologiske fremskridt. Global efterspørgsel efter elektricitet, ifølge IEA, forventes faktisk at stige i et hurtigere tempo i de næste tre år. Den vil vokse med i gennemsnit 3,4 % årligt frem til 2026.

Her kan energilagringssystemer hjælpe med at imødekomme den stigende efterspørgsel ved at understøtte elnetforsyning, transmission og distributionssystemer. Ved at skifte til lagringsmekanismer sikrer netoperatører netværkets robusthed og pålidelighed. Det fjerner desuden afhængigheden af muligheder med højere drivhusgas (GHG) fodaftryk.

Så, hvad er energilagring egentlig? Jo, det er præcis, hvad det siger: lagring af energi. Måden, det gøres på, er, at produceret energi først fanges og derefter lagres til senere brug, så efterspørgslen og udbuddet kan matches bedre.

Energi findes i forskellige former: elektrisk, termisk, kinetisk, kemisk, stråling og gravitationel. Det betyder, at for at lagre energi, skal den først omdannes til en form, der kan lagres, indtil den kan omdannes tilbage til elektrisk energi.

Et genopladeligt batteri er en almindelig energilagringsenhed. Det findes i din telefon. Disse batterier lagrer kemisk energi, som hurtigt omdannes til elektricitet. Et andet populært og værdifuldt eksempel er en vandkraftdam. Den udnytter energien fra flydende vand, genererer elektricitet og lagrer den i et reservoir.

Fossile brændstoffer er også energilagring. De indeholder kemisk energi fra sollys, fanget i planter og dyr, der nedbrød for millioner af år siden. 

Innovation inden for energilagring

Energi er grundstenen i den moderne industrielle økonomi. Det leverer i sidste ende en essentiel ingrediens for næsten alle menneskelige aktiviteter, fra madlavning, opvarmning, belysning, sundhed, uddannelse og transport til fødevareproduktion, industriel produktion og mineraludvinding. Da energi er så kritisk for menneskehedens civilisation, er der stor fokus på energilagring.

Termisk energilagring (TES) er en type, der omfatter faststof-, væske-luft- og smeltet saltslagring. Den unikke fordel ved denne teknologi er frakoblingen af varme- og kølebehov fra øjeblikkelig energiproduktion og -forsyning.

Komprimeret luft-energilagring er en anden måde at lagre energi på; luft komprimeres i lagertanke, når efterspørgslen efter elektricitet er lav, og frigives, når efterspørgslen er høj.

Hydrogenlagring er derimod en fremvoksende energilagringsteknologi. For nylig tilsluttede Kina sit største integrerede fotovoltaiske (PV)-hydrogenlagringsprojekt i Jiangsu-provinsen til nettet og startede elproduktion. Denne offshore-anlæg kombinerer hydrogenproduktion, PV-elfremstilling, påfyldning og energilagring. Det forventes at reducere CO₂-udledningen med omkring 309.400 ton årligt, 1.125,3 ton kvælstofdioxid og 562,6 ton svovldioxid.

Batterier transformerer energilagring. De leder overgangen til et bæredygtigt energisystem. Som den hurtigst voksende teknologi inden for deres område dominerer de energisektoren. Og takket være kontinuerlig innovation bliver de smartere, bedre og billigere.

I banebrydende forskning fra for få år siden, som har været i udvikling i næsten et årti, fremstillede forskere fra Chalmers University of Technology og KTH Royal Institute of Technology i Sverige et strukturbatteri, der er 10 gange bedre end i nogen tidligere eksperiment. Et strukturbatteri er en energilagringsenhed, der kan bære vægt som en del af en struktur.

For deres batteri lagde forskerne et bufferglas‑’stof’ mellem en positiv og en negativ elektrode, pakkede det med en rumalder‑polymer elektrolyt og hærdede det derefter i ovnen, hvilket resulterede i en robust, flad battericelle med en energitæthed på 24 Wh/kg, stivhed på 25 GPa og som bestod trækprøver i alle retninger. Dette “massefri” strukturbatteri har sin primære anvendelse i elbiler, men kan også bruges i el‑cykler, satellitter, bærbare computere og fly.

I øjeblikket fokuserer forskere på yderligere at forbedre batteriet, selvom kommercialisering endnu ikke er realiseret.

For at skabe bedre løsninger ser forskere nu på selvladende energisystemer. Disse systemer høster energi og lagrer den, hvilket gør dem yderst gavnlige i den næste teknologiske æra, som vil blive præget af 5G-teknologi, Internet of Things (IoT) og kunstig intelligens (AI).

Disse selvladende energilagringsenheder kan levere stabil, autonom og bæredygtig strøm til den næste industrielle revolution.

Indtil nu er der gjort mange forsøg på at integrere forskellige energihøstteknologier med energilagringsenheder. Dette inkluderer solceller, termoelektriske generatorer, triboelektriske nanogeneratorer (TENGs) og piezoelektriske nanogeneratorer (PENGs).

I en ny forskning byggede forskere en højtydende selvladende energilagringsenhed, der kan lagre solenergi effektivt.

Den nye enhed forbedrer dramatisk ydeevnen af eksisterende superkondensatorer ved at anvende elektrodmaterialer, der er baseret på overgangsmetaller. Forskerne skabte desuden en ny energilagringsteknologi ved at kombinere superkondensatorer med solceller for at opnå høj ydeevne.

Klik her for at lære om fremtiden for energilagring.

Selvladende energilagringsenheder

For at imødekomme efterspørgslen efter næste generations højkapacitets energienheder, der adresserer den stigende globale energiforbrug og den voksende afhængighed af bærbare og smarte elektroniske enheder, er selvladende enheder opstået som en bæredygtig og selvstændig strømløsning.

En sådan enhed, der høster og lagrer solenergi, er foto‑superkondensatoren, som kombinerer solceller og superkondensatorer. Siliciumsolceller omdanner solenergi til elektrisk energi, og en superkondensator lagrer denne energi.

I den seneste undersøgelse, som blev støttet af National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF)‑bevillingen finansieret af den koreanske regering (MSIT) og af DGIST R&D‑programmet, viste forskere en ny selvladende energilagringsenhed, der kombinerer siliciumsolceller og binære overgangsmetal‑superkondensatorer.

Krystallinsk silicium fotovoltaisk (PV) teknologi, som er den mest udbredte PV‑teknologi, er faktisk et lovende værktøj til lagring af vedvarende energi, ifølge ITRPV, som rapporterede, at teknologien udgør op til 95 % af de samlede 135 GW installeret i 2022.

Samtidig, blandt solenergi‑enheder, får silicium‑baserede enheder stor fremdrift som en dominerende energikilde for fremtiden. Dette skyldes deres høje konverteringseffektivitet, udvidede stabilitet, rigelige materialer, ikke‑giftighed og etableret produktionsteknologi, som hjælper med skalerbarhed.

Hvad angår superkondensatorer, anvendes de som lovende kandidater til at drive højtydende enheder takket være deres høje pålidelighed, høje effekt‑densitet, lange cykluseliv og korte opladningstid.

Som undersøgelsen bemærkede, er selvladende kondensatorer nødvendige på grund af den hurtige stigning i brugen af bærbare elektroniske enheder. Dette har skabt et behov for et system, der kan oplades hurtigt når som helst og hvor som helst.

Derudover er der den stigende afhængighed af vedvarende energikilder for at beskytte miljøet og fremme bæredygtig udvikling. Ved at bruge solenergi reducerer selvladende systemer behovet for batteriskift, samtidig med at de muliggør effektiv energiforsyning selv i områder med begrænset adgang til elnet.

Endnu en drivkraft for selvladende kondensatorer er den hurtige opladnings‑ og afladningsegenskab ved superkondensatorer, som gør dem virkelig nyttige i nødsituationer eller scenarier, hvor der er behov for højt strømforbrug.

Et højtydende selvladende superkondensator

Givet behovet for selvladende kondensatorer og deres mange fordele, fremstillede den seneste forskning, offentliggjort i tidsskriftet Energy sidste måned, en selvladende enhed ved at kombinere en superkondensator med en Si‑solcelle.

For at designe elektroderne brugte forskerholdet en nikkel‑(Ni)‑baseret carbonat‑ og hydroxid‑komposit. Derefter tilsatte holdet overgangsmetal‑ioner som mangan (Mn), kobolt (Co), kobber (Cu), jern (Fe) og zink (Zn) for at maksimere elektrodernes ledningsevne og stabilitet.

Disse overgangsmetal‑ioner gør det muligt for holdet at løse problemet med nedsat ledningsevne, som opstår ved kun at bruge Ni‑ioner. Indførelsen af disse metal‑ioner gjorde det muligt at skabe binære forbindelser som elektrodmateriale, som tilbød høj elektrisk ledningsevne, reversibel kapacitet og strukturel stabilitet.

Dette har væsentligt forbedret elektrodens ydeevne og vist betydelige fremskridt i energi‑ og effekt‑densitet samt stabilitet ved opladning og afladning.

Når det gælder energilagring pr. vægtenhed, opnåede undersøgelsen 35,5 Wh kg⁻¹, hvilket overgår værdierne (5‑20 Wh kg⁻¹) registreret i tidligere studier. Hvad angår energistrøm pr. enhed, er den 2555,6 W kg⁻¹, hvilket igen er langt højere end de tidligere studiers 1000 W kg⁻¹.

Med meget højere energitæthed og effekt‑tæthed demonstrerer den seneste undersøgelse evnen til hurtigt at frigive højere effekt. På denne måde kan den asymmetriske superkondensatorenhed muliggøre en øjeblikkelig energiforsyning, selv for høj‑effekt‑enheder.

Dette er ikke engang alt; denne høje ydeevne havde minimal nedbrydning, selv efter gentagne opladnings‑ og afladnings‑cyklusser, hvilket også gør den egnet til langsigtet brug.

Holdet kombinerede derefter denne enhed med siliciumsolceller, hvilket muliggør lagring af solenergi og dens anvendelse i realtid. Denne kombination opnåede en energilagringseffektivitet på op til 63 %, mens den samlede effektivitet af enheden var 5,17 %, hvilket bekræfter dens kommercialiseringspotentiale og bidrager væsentligt til fremskridtet inden for energilagringsteknologi.

“Denne undersøgelse er en betydningsfuld præstation, da den markerer udviklingen af Koreas første selvladende energilagringsenhed, der kombinerer superkondensatorer med solceller.”

– Jeongmin Kim, Seniorforsker i Nanoteknologisk Division ved DGIST

Kim bemærkede yderligere, at ved at anvende overgangsmetal‑baserede kompositmaterialer har de kunnet komme forbi begrænsningerne i energilagringsenheder og skabe en bæredygtig energiløsning.

Men det er ikke afslutningen på undersøgelsen, som Damin Lee, forsker ved RLRC på Kyungpook National University, udtalte:

“Vi vil fortsætte med at udføre opfølgende forskning for yderligere at forbedre effektiviteten af den selvladende enhed og øge dens potentiale for kommercialisering.”

Virksomheder engageret i relaterede felter

Lad os nu se på et par virksomheder, der leverer og videreudvikler energilagringsløsninger.

1. Tesla (TSLA )

Denne el‑bilproducent er også stærkt involveret i energilagringsmarkedet. Dens energiprodukter inkluderer Powerwall og Megapack, som integrerer avancerede energilagringsløsninger.

Med en markedsværdi på 1,318 billioner dollars er Tesla verdens 8. største virksomhed, mens dens administrerende direktør Elon Musk, som også er involveret i X (tidligere Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink og The Boring Company, er verdens rigeste mand med en formue på 437 billioner dollars.

På tidspunktet for denne skrivning handles Teslas aktie til 412,82 $, hvilket er en stigning på 1,63 % i år. Denne grønne start på 2025 for virksomhedens aktier kommer efter et strålende 2024, hvor aktierne steg med omkring 67 % i værdi. 

Interessant nok har en stor del af Teslas gevinster fundet sted i de sidste to måneder af året, hvor prisen steg med 75 % på baggrund af præsidentkandidat Donald Trump, der vandt det amerikanske præsidentvalg i 2025. Musk var faktisk den største donor i valgcyklussen og brugte mindst 277 millioner dollars på at støtte Trump og andre republikanske kandidater.

Med Trump, der træder ind i embedet senere denne måned, vil der helt sikkert komme positive udviklinger for Tesla. Allerede før det rapporterede virksomheden om at have produceret omkring 459.000 køretøjer og leveret over 495.000 enheder i Q4 2024. Med dette udgør Teslas samlede produktion for 2024 1.773.443 køretøjer, mens leverancerne nåede 1.789.226 enheder. Dog stod den over for øget konkurrence fra den kinesiske gigant BYD og amerikanske etablerede bilproducenter som Ford.

De fulde finansielle resultater for Q4 2024, inklusive nettoresultat og cash flow, vil blive annonceret af Tesla den 29. januar 2025. I det foregående kvartal rapporterede virksomheden 25,18 milliarder dollars i omsætning og 2,17 milliarder dollars i nettoresultat. I denne periode steg Teslas bilomsætning med 2 % til 20 milliarder dollars sammenlignet med Q3 2023, mens omsætningen fra energiproduktion og -lagring steg med 52 % til 2,38 milliarder dollars.

Dens energilagringsudrulninger i Q4 satte derimod en ny rekord på 11,0 GWh og et hidtil uset 31,4 GWh for hele året. Til sammenligning implementerede Tesla 14,7 GWh energilagring året før, hvilket var det dobbelte af tallene for 2022. I 2020 var Teslas energilagringsudrulninger kun 3,0 GWh, hvilket peger på en 10‑gange stigning i virksomhedens lagringskapacitet på blot fire år.

Disse tal kom, mens Teslas gigafactory i Shanghai påbegyndte prøveproduktion denne uge, med masseproduktion forventet tidligt i år.

2. Enphase Energy

Det globale energiteknologiselskab, som aktivt udvider sin markedsrækkevidde både nationalt og internationalt, specialiserer sig i solenergiløsninger. Dette inkluderer mikro‑invertere, som omdanner solenergi til elektricitet, samt energilagringssystemer til bolig- og erhvervsapplikationer.

Med en markedsværdi på 9,74 milliarder dollars handles ENPH-aktierne i øjeblikket til 72,15 $, en stigning på over 5 % allerede i år. Disse gevinster følger et skuffende 2024, hvor aktierne faldt med mere end 46 %. Imens var ENPH’s top i december 2022, da aktiekursen ramte 339 $. Enphase Energy (ENPH ) har en EPS (TTM) på 0,44 og en P/E (TTM) på 164,01.

For Q3 2024 rapporterede virksomheden en omsætning på 380,9 millioner dollars. Regionelt steg omsætningen i USA med 43 % sammenlignet med det foregående kvartal, da lageret vendte tilbage til normale niveauer, mens omsætningen i Europa faldt med 15 % på grund af yderligere svækkelse i efterspørgslen. Enphase leverede i dette kvartal i alt 1.731.768 mikro‑invertere, hvilket svarer til 730 megawatt DC og 172,9 megawatt‑timer af IQ®‑batterier.

For Q4 anslår Enphase Energy, at omsætningen vil ligge i intervallet 360 millioner til 400 millioner dollars, og forsendelserne vil udgøre 140 til 160 MWh IQ‑batterier. Det netto IRA‑tilskud forventes derimod at ligge mellem 38 – 41 millioner dollars.

Inflationsreduktionloven (IRA) blev indført under Biden‑administrationen med tværpolitisk støtte. Den 369‑milliarder‑dollars pakke, som blev underskrevet til lov i 2022, gav incitamenter til vedvarende energi via skattefradrag, tilskud og investeringer. Dette har været en game‑changer for sektoren for vedvarende energi.

Ved udgangen af Q3 havde Enphase Energy 1,77 milliarder dollars i kontanter, kontantekvivalenter og omsættelige værdipapirer, mens fri cash flow var 161,6 millioner dollars. Virksomheden genererede derimod 170,1 millioner dollars i cash flow fra driften.

I denne periode lancerede den også AI‑baseret software for at forbedre forbrugernes forståelse af energiforbrug og hjælpe dem med at maksimere deres besparelser i det stadigt mere komplekse energiprismarked ved at integrere solenergi og forbrugsestimering med eltariffer.

Konklusion

Med den globale energiefterspørgsel, der fortsat stiger markant, i et tempo hurtigere end nogensinde før på grund af intense hedebølger, robust økonomisk vækst og naturligvis den stigende adoption af teknologier som elbiler og AI, er der behov for energilagringsløsninger, der kan hjælpe med at imødekomme denne efterspørgsel. 

Her repræsenterer udviklingen af højtydende selvladende energilagringsenheder et stort skridt i fremskridtet inden for energilagringsteknologi og i opfyldelsen af den globale energiefterspørgsel. Selvom de endnu ikke er kommercialiseret, kan sådanne innovationer hjælpe med at sikre en stabil og pålidelig energiforsyning og låse et enormt potentiale op i integrationen af vedvarende energi!

Klik her for en liste over de bedste batteriaktier.