Μπορούν τα Ηλεκτρικά Οχήματα Ψυχρού Κλίματος να γίνουν Επιλογή Οχήματος;

Ρυθμός Υιοθέτησης Ηλεκτρικών Οχημάτων Ξεψύχεται

Electrification is a trend taking over the world. This is true for EVs, as well as for heating and industrial processes. However, not all is perfect yet, as classical lithium-ion batteries suffer a severe drop in performance in cold temperatures. So, while this is not really an issue in California or China, two hot spots of EV adoption, it can be a serious one in northern latitudes.

Παρά αυτούς τους περιορισμούς, παρατηρούμε ότι οι ρυθμοί υιοθέτησης ηλεκτρικών οχημάτων είναι υψηλοί σε χώρες όπως η Νορβηγία (72% EV και 14% υβριδικά), υποδεικνύοντας ισχυρή προετοιμασία του πληθυσμού για μετάβαση σε ηλεκτρικά οχήματα.

Πηγή: Roland Berger

Ωστόσο, η περίπτωση των γειτόνων της Νορβηγίας μπορεί να υποδεικνύει ότι χωρίς τεράστιες επιδοτήσεις παρόμοιες με τις νορβηγικές, η υιοθέτηση μπορεί να σταθεροποιηθεί κάτω από το 50% στην περιοχή.

Εάν τα συστήματα μπαταριών βελτιώσουν την απόδοση στο κρύο, η περιοχή και άλλες παρόμοιες χώρες θα μπορούσαν να γίνουν από τις πρώτες που θα φτάσουν στο 100% των BEV (Battery Electric Vehicles).

Μέχρι τώρα, η κύρια ελπίδα για βελτίωση της απόδοσης σε χαμηλές θερμοκρασίες βασιζόταν σε μπαταρίες νάτριο-ιόντων, ιδιαίτερα με την ουσιαστική πρόοδο που έκανε η Κινεζική εταιρεία CATL (ακολουθήστε τον σύνδεσμο για την αντίστοιχη αναφορά). Αλλά μια νέα έννοια μπορεί να ανοίξει το δρόμο για μπαταρίες λιθίου-ιόντων που είναι ειδικά προσαρμοσμένες σε ψυχρές συνθήκες.

It was investigated by Chinese researchers at the Donghua University (China), Fudan University, Qingdao University, and Inner Mongolia University. They recently published their result in Angewandte Chemie under the title “Negative Thermal Expansion Behavior Enabling Good Electrochemical-Energy-Storage Performance at Low Temperatures¹”.

Προβλήματα των Μπαταριών Λιθίου-Ιόντων στο Κρύο

Lithium-ion batteries are still the most powerful and energy-dense form of batteries available today at the scale required for EVs. This might change in the future with solid-state batteries. Or maybe improved lithium-ion batteries like honeycomb batteries will be as efficient as solid-state technologies.

Αλλά και στις δύο περιπτώσεις, το πρόβλημα της απόδοσης σε κρύο καιρό παραμένει. Ο λόγος είναι ότι ο κρύος καιρός, ιδιαίτερα κάτω από το μηδέν, επιβραδύνει τη διάχυση των ιόντων λιθίου μέσα στο υλικό του ηλεκτροδίου. Μέχρι τώρα, αυτό θεωρείται θεμελιώσιμο όριο της τεχνολογίας, καθοδηγούμενο από τη φυσική του πώς αντιδρά το λιθίου-ιόν στο κρύο.

Οι μόνες εναλλακτικές λύσεις στα ηλεκτρικά οχήματα ήταν η χρήση της ενέργειας της μπαταρίας για να τη ζεστάνουν (σπαταλώντας ενέργεια) ή η εγκατάσταση αρκετά μεγάλων πακέτων μπαταριών ώστε η απώλεια εμβέλειας να είναι αποδεκτή για τον χρήστη. Τουλάχιστον μέχρι τώρα.

Ηλεκτρόδια με Αρνητική Θερμική Διαστολή (NTE)

The key concept used by the researchers is to use a characteristic called negative thermal expansion for the electrode material, or NTE. These are materials that expand when they are cooling, going in the opposite direction of most materials, especially metals.

Ένα παράδειγμα στην καθημερινή ζωή είναι το νερό, το οποίο διαστέλλεται όταν παγώνει, καθιστώντας τον πάγο λιγότερο πυκνό από το υγρό νερό.

The tests were conducted using lithium titanium phosphate LiTi2(PO4)3 or “LTP”.

LTP

This material is formed of a crystal structure forming a 3D lattice of TiO6 octahedra and PO4 tetrahedra. This creates an open, flexible structure that contains both “cavities” and “channels,” where lithium ions can lodge.

Πηγή: Angewandte Chemie

When cooled, the crystalline structure stretches along one of its crystal axes. This increases the distances between oxygen atoms, widening the cavities in the lattice.

The larger space in cold crystals facilitates the storage and transport of the lithium ions.

Ισχυρή Απόδοση σε Κρύο

The increasing size of the cavities does not fully negate the lower mobility of lithium ions, but it helps a lot. The researchers found that at −10 °C, lithium ions’ diffusion rate was still at 84% of the value obtained at 25 °C. They also tested how efficient & stable such a battery would be.

Electrochemical tests on carbon-coated LTP at −10 °C showed good electrochemical performance with high capacity and a high rate capability. The battery durability was also high, with no significant degradation of retention capacity over 1000 charge/discharge cycles (96.8 % capacity retention).

Μελλοντικές Εφαρμογές

This new type of electrode will need to be investigated for its potential in custom-built cold-climate EVs.

Αυτός ο νέος τύπος ηλεκτροδίου θα πρέπει να διερευνηθεί για το δυναμικό του σε προσαρμοσμένα ηλεκτρικά οχήματα ψυχρού κλίματος.

Αυτό πιθανότατα θα είναι απαραίτητο για ηλεκτρικά οχήματα που πρέπει να λειτουργούν σε περιοχές με σκληρούς χειμώνες, όπως ο Καναδάς, η Σκανδιναβία, η Ρωσία, οι ορεινές περιοχές κ.λπ. Τουλάχιστον για να γίνει το πρότυπο, και όχι μόνο ένα επιπλέον όχημα για πλούσιους οδηγούς.

Είναι επίσης δυνατόν να υπάρχουν άλλα υλικά ηλεκτροδίων με αρνητική θερμική διαστολή που να παρουσιάζουν ακόμη καλύτερες ηλεκτροχημικές ιδιότητες. Έτσι, πιθανότατα θα χρειαστεί περαιτέρω έρευνα για την εύρεση του ιδανικού υλικού ηλεκτροδίου για ψυχρές συνθήκες.

Μακροπρόθεσμα, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να έχει σημαντικές εφαρμογές στην εξερεύνηση του διαστήματος, με οχήματα και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας που λειτουργούν σε τροχιά, στη Σελήνη ή στον Άρη, πιθανότατα να απαιτούν ισχυρή απόδοση ακόμη και σε σκληρά ψυχρά περιβάλλοντα.

Επένδυση σε Προηγμένες Τεχνολογίες Μπαταριών

Batteries are at the center of the trend of electrification, itself a major multi-trillion-dollar endeavor looking to remove fossil fuels from our power sources.

Οι μπαταρίες βρίσκονται στο κέντρο της τάσης της ηλεκτροποίησης, η οποία αποτελεί μια τεράστια προσπάθεια πολλαπλών τρισεκατομμυρίων δολαρίων για την απομάκρυνση των ορυκτών καυσίμων από τις πηγές ενέργειάς μας.

You can invest in battery-related companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

If you are not interested in picking specific battery companies, you can also look into battery ETFs like Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), or the WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), which will provide a more diversified exposure to capitalize on the growing battery industry.

CATL (300750.SZ)

As discussed, CATL is a technological leader with advanced honeycomb lithium-ion batteries and sodium-ion designs.

Όπως συζητήθηκε, η CATL είναι ηγέτης τεχνολογίας με προηγμένες μπαταρίες λιθίου-ιόντων τύπου honeycomb και σχέδια μπαταριών νάτριο-ιόντων.

The company is the global leader in battery manufacturing, producing more than half of the global battery volume. It is present at every step of the battery manufacturing supply chain.

This is true for lithium-ion batteries, where the company has been a long-established leader for a long time. It is also strong in LFP (lithium-iron-phosphate) battery, with the recently announced improved design that can add 600km of range in just 10 minutes. In total the driving range could be above 1,000 km (600 miles), totally removing all “anxiety range” for future EV owners.

• Μία μπαταρία ultra-long-life 12.000 κύκλων για αποθήκευση ενέργειας κλίμακας κοινής ωφέλειας, με στόχο 18.000 κύκλους μακροπρόθεσμα.
• Μία μπαταρία με ενεργειακή πυκνότητα 500 Wh/kg, που ενδέχεται να επιτρέψει την ηλεκτροποίηση επιβατικών αεροσκαφών
• Μαζική παραγωγή μπαταριών νάτριο-ιόντων 160 Wh/kg, με στόχο 200 Wh/kg.

Πηγή: CATL

Η CATL έχει επενδύσει 3.25B σε δυνατότητες ανακύκλωσης μπαταριών στην Κίνα. It has notably achieved a remarkable recovery rate of 99.6% for nickel, cobalt, manganese, and 91% for lithium.

Χάρη στην κλίμακα, την εστίαση και τα επιτεύγματα Έρευνας & Ανάπτυξης, η CATL είναι πιθανό να βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της καινοτομίας, της κατασκευής και της ανακύκλωσης μπαταριών.

Αυτό την καθιστά βασικό συνεργάτη για τους κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων, συμπεριλαμβανομένων των Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis κ.λπ., με τη Hyundai να προστίθεται πρόσφατα στη αυξανόμενη λίστα στρατηγικών συμμαχιών της CATL.

Επιπλέον, τα μαθήματα που αποκτήθηκαν από μία χημεία μπορούν να εφαρμοστούν σε άλλη. Έτσι, η ανακάλυψη που συζητείται σε αυτό το άρθρο θα μπορούσε να είναι η πηγή εκπληκτικών συνδυασμών, για παράδειγμα, μπορούμε να φανταστούμε μερικές νέες ιδέες:

• Ηλεκτρόδιο αρνητικής θερμικής διαστολής κατασκευασμένο με δομή honeycomb.
• Εφαρμογή αρνητικής θερμικής διαστολής στην τεχνολογία νάτριο-ιόντων για τη δημιουργία της απόλυτης μπαταρίας ανθεκτικής στο κρύο.
• Χρήση αρνητικής θερμικής διαστολής στις ultra-σταθερές μπαταρίες κλίμακας κοινής ωφέλειας της CATL, κατακτώντας την αγορά του ηλεκτρικού δικτύου ψυχρών χωρών.

Οι οικονομίες κλίμακας που προκύπτουν από την παραγωγή ήδη του μισού των παγκόσμιων μπαταριών είναι επίσης πιθανό να ισχύουν για ολόκληρη την εταιρεία, ανεξάρτητα από την τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε κάθε προϊόν.

Έτσι, όσο περισσότερη πρόοδος γίνεται στη τεχνολογία μπαταριών γενικά, τόσο πιο πιθανό είναι η CATL να μπορεί να την ενσωματώσει στα υπάρχοντα σχέδιά της, δημιουργώντας μεγαλύτερη ζήτηση, η οποία με τη σειρά της αυξάνει περαιτέρω τις οικονομίες κλίμακας, σε έναν θετικό κύκλο ανάδρασης.

Τέλος, οι επενδυτές πρέπει να είναι ενήμεροι για το αυξανόμενο χάσμα μεταξύ ΗΠΑ και Κίνας, με την CATL να αποτελεί πιθανό θύμα παρενέργειας. Έχει προστεθεί στη λίστα της Κίνας Στρατιωτικών Εταιρειών (CMC) του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ.

CATL said in a statement that it had never engaged in any military-related business or activities, and that its addition to the CMC list was “a mistake.”

Η εταιρεία σημείωσε ότι δεν αναμένει ουσιώδη αρνητική επίπτωση στην επιχείρησή της, και ότι συνεργάζεται με το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ για την αντιμετώπιση της κατάστασης, συμπεριλαμβανομένης της νομικής δράσης εάν χρειαστεί.

Fast Market

Αυτή η απόφαση δεν επιβάλλει άμεσες κυρώσεις στην CATL ή σε άλλες εταιρείες της λίστας, αλλά θα μπορούσε ακόμη να επηρεάσει την τιμή της μετοχής και τις μελλοντικές εξαγωγές της CATL στις δυτικές αγορές.

(Μπορείτε επίσης να διαβάσετε την εκτενέστερη αναφορά μας από τον Σεπτέμβριο 2024, αφιερωμένη εξ ολοκλήρου στην CATL, για μια πιο βαθιά ανάλυση της ιστορίας και της τεχνολογίας της εταιρείας).

Αναφορά Μελέτης:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). Negative thermal expansion behavior enabling good electrochemical-energy-storage performance at low temperatures. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}