Kan elbiler til kolde klimaer blive et køretøjsvalg?

EV-adoptionshastighed køler af

Electrificering er en tendens, der overtager verden. Dette gælder for elbiler såvel som for opvarmning og industrielle processer. Dog er alt endnu ikke perfekt, da klassiske lithium‑ion‑batterier oplever et markant fald i ydeevne ved kolde temperaturer. Så selvom dette ikke er et stort problem i Californien eller Kina, to hotspots for elbiladoption, kan det være alvorligt i de nordlige breddegrader.

På trods af disse begrænsninger ser vi, at EV‑adoptionsrater er høje i lande som Norge (72 % elbiler og 14 % hybrider), hvilket indikerer en stærk vilje i befolkningen til at skifte til elbiler.

Kilde: Roland Berger

Alligevel kan situationen i Norges naboer indikere, at uden massive subsidier svarende til de norske, kan adoptionen plateauere under 50 % i regionen.

Hvis batterisystemer forbedrer ydeevnen i kulden, kan regionen og andre lignende lande blive blandt de første til at nå 100 % af BEV (batterielektriske køretøjer).

Indtil nu har hovedhåbet om at forbedre ydeevnen ved lave temperaturer været baseret på natrium‑ion‑batterier, især med solid fremgang fra det kinesiske firma CATL (følg linket for den tilsvarende rapport). Men et nyt koncept kan åbne vejen for lithium‑ion‑batterier, der er specifikt tilpasset kolde forhold.

Det blev undersøgt af kinesiske forskere ved Donghua University (Kina), Fudan University, Qingdao University og Inner Mongolia University. De offentliggjorde for nylig deres resultat i Angewandte Chemie under titlen “Negativ termisk udvidelsesadfærd, der muliggør god elektro‑kemisk energilagringsydelse ved lave temperaturer¹”.

Lithium‑ion‑batteriers problemer i kulde

Lithium‑ion‑batterier er stadig den mest kraftfulde og energitætte batteritype, der er tilgængelig i dag på den skala, der kræves til elbiler. Dette kan ændre sig i fremtiden med solid‑state‑batterier. Eller måske forbedrede lithium‑ion‑batterier som honningkage‑batterier vil være lige så effektive som solid‑state‑teknologier.

Men i begge tilfælde vedvarer problemet med ydeevne i koldt vejr. Årsagen er, at koldt vejr, især under frysepunktet, sænker diffusionen af lithium‑ioner i elektrodmaterialet. Indtil videre er dette blevet betragtet som en grundlæggende grænse for teknologien, drevet af fysikken i, hvordan lithium‑ion reagerer ved kolde temperaturer.

De eneste alternativer i elbiler har hidtil været at bruge batteriets energi til at holde det varmt (hvilket spilder strøm) eller at installere batteripakker, der er store nok til, at rækkeviddetabet er acceptabelt for brugeren. I hvert fald indtil nu.

Negativ termisk udvidelse (NTE) elektroder

Det centrale koncept, som forskerne anvender, er at bruge en egenskab kaldet negativ termisk udvidelse for elektrodmaterialet, eller NTE. Dette er materialer, der udvider sig, når de køler ned, i modsætning til de fleste materialer, især metaller.

Et eksempel fra hverdagen er vand, som udvider sig ved frysning, hvilket gør is mindre tæt end flydende vand.

Testene blev udført ved brug af lithium‑titan‑fosfat LiTi2(PO4)3 eller “LTP”.

LTP

Dette materiale består af en krystalstruktur, der danner et 3D‑gitter af TiO6‑oktaedre og PO4‑tetraedre. Dette skaber en åben, fleksibel struktur, der indeholder både “hulrum” og “kanaler”, hvor lithium‑ioner kan placeres.

Kilde: Angewandte Chemie

Når den afkøles, udvides den krystallinske struktur langs en af dens krystallakse. Dette øger afstanden mellem oxygenatomerne og udvider hulrummene i gitteret.

Det større rum i kolde krystaller letter lagring og transport af lithium‑ionerne.

Stærk ydeevne i kulde

Den stigende størrelse af hulrummene eliminerer ikke fuldstændigt den lavere mobilitet af lithium‑ioner, men det hjælper meget. Forskerne fandt, at ved −10 °C var diffusionen af lithium‑ioner stadig på 84 % af værdien ved 25 °C. De testede også, hvor effektiv og stabil en sådan batteri ville være.

Elektrokemiske tests på kulstofbelagt LTP ved −10 °C viste god elektrokemisk ydeevne med høj kapacitet og høj hastighedskapacitet. Batteriets holdbarhed var også høj, uden væsentlig nedbrydning af fastholdelseskapaciteten over 1000 opladnings‑/afladningscyklusser (96,8 % kapacitetsfastholdelse).

Fremtidige anvendelser

Denne nye type elektrode skal undersøges for sit potentiale i specialbyggede elbiler til kolde klimaer.

Dette vil sandsynligvis blive et krav for elbiler, der skal operere i regioner med hårde vintre, såsom Canada, Skandinavien, Rusland, bjergområder osv. Mindst for at blive standarden og ikke kun en ekstra bil for velhavende førere.

Det er også muligt, at andre materialer med negativ termisk udvidelse findes og viser endnu bedre elektrokemiske egenskaber. Så sandsynligvis vil der være behov for yderligere forskning for at finde det ideelle elektrodmateriale til koldt vejr.

På længere sigt kan sådan teknologi også have vigtige anvendelser inden for rumforskning, hvor køretøjer og energilagringssystemer i kredsløb, på Månen eller på Mars sandsynligvis vil kræve stærk ydeevne selv i brutalt kolde miljøer.

Investering i avancerede batteriteknologier

Batterier er i centrum af elektrificeringstendensen, som i sig selv er en stor milliard‑dollar‑indsats, der søger at fjerne fossile brændstoffer fra vores energikilder.

Du kan investere i batterirelaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, Storbritannien, såvel som mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke batterivirksomheder, kan du også kigge på batteri‑ETF’er som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), eller WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), som vil give en mere diversificeret eksponering for at udnytte den voksende batteriindustri.

CATL (300750.SZ)

Som nævnt er CATL en teknologisk leder med avancerede honningkage‑lithium‑ion‑batterier og natrium‑ion‑designs.

Virksomheden er den globale leder inden for batteriproduktion og producerer mere end halvdelen af den globale batterivolumen. Den er til stede i alle trin af batteriproduktionens forsyningskæde.

Dette gælder for lithium‑ion‑batterier, hvor virksomheden i lang tid har været en veletableret leder. Den er også stærk inden for LFP‑batteri (lithium‑jern‑fosfat), med det for nylig annoncerede forbedrede design som kan tilføje 600 km rækkevidde på kun 10 minutter. I alt kunne kørselsrækkevidden overstige 1.000 km (600 miles), hvilket fuldstændigt fjerner al “rækkevidde‑angst” for fremtidige elbilsejere.

Parallelt har CATL også tidligere annonceret imponerende fremskridt inden for mange batterityper :

• Et 12.000‑cyklers ultra‑langtidsholdbart batteri til energilagring i stor skala, med 18.000 cyklusser som langsigtet mål.
• Et batteri med en energitæthed på 500 Wh/kg, som potentielt kan muliggøre elektrificering af passagerfly.
• Masseproduktion af 160 Wh/kg natrium‑ion‑batterier med et mål på 200 Wh/kg.

Kilde: CATL

CATL har investeret 3.25B i batterigenanvendelseskapacitet i Kina. Den har bemærkelsesværdigt opnået en fremragende genvindingsrate på 99,6 % for nikkel, kobolt, mangan og 91 % for lithium.

Takket være sin skala, fokus og FoU‑resultater er CATL sandsynligvis i front inden for batteriinnovation, -produktion og -genanvendelse.

Dette gør den til en nøglepartner for elbilproducenter, herunder Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis osv., med Hyundai for nylig tilføjet til CATLs voksende liste over strategiske alliancer.

Derudover kan de erfaringer, der er opnået i én kemi, anvendes i en anden. Så opdagelsen, der diskuteres i denne artikel, kan være oprindelsen til overraskende kombinationer, for eksempel kan vi forestille os nogle nye idéer:

• Negativ termisk udvidelses‑elektrode bygget med en honningkage‑struktur.
• Anvendelse af negativ termisk udvidelse på natrium‑ion‑teknologi for at skabe det ultimative kulde‑modstandsdygtige batteri.
• Brug af negativ termisk udvidelse i CATLs ultra‑stabile batterier til stor skala, som indtager markedet for elnettet i kolde lande.

Økonomierne i skala fra allerede at producere halvdelen af verdens batterier er sandsynligvis også gældende for hele virksomheden, uanset den specifikke teknologi, der anvendes i et enkelt produkt.

Så jo mere fremskridt der gøres inden for batteriteknologi generelt, jo mere sandsynligt er det, at CATL kan integrere den i sine eksisterende designs, skabe større efterspørgsel, hvilket igen øger skalaøkonomierne yderligere i en positiv feedback‑sløjfe.

Endelig bør investorer være opmærksomme på den voksende splittelse mellem USA og Kina, hvor CATL potentielt kan blive et collateral offer. Det er blevet tilføjet til det amerikanske forsvarsministeriums liste over kinesiske militærvirksomheder (CMC).

CATL sagde i en erklæring, at de aldrig har været involveret i nogen militærrelateret forretning eller aktiviteter, og at deres tilføjelse til CMC‑listen var “en fejl.”

Virksomheden bemærkede, at de ikke forventer nogen væsentlig negativ indvirkning på deres forretning, og at de er i dialog med det amerikanske forsvarsministerium for at håndtere situationen, herunder ved retlige skridt om nødvendigt.

Fast Market

Denne bestemmelse pålægger ikke umiddelbare sanktioner på CATL eller andre virksomheder på listen, men kan stadig påvirke aktiekursen og CATLs fremtidige eksport til vestlige markeder.

(Du kan også læse vores længere rapport fra september 2024, der er helt dedikeret til CATL, for en dybere indsigt i virksomhedens historie og teknologi).

Studierreference:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). Negativ termisk udvidelsesadfærd, der muliggør god elektro‑kemisk energilagringsydelse ved lave temperaturer. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}