Είναι η ζήτηση για λίθιο έτοιμη να καταρρεύσει με τις νέες μπαταρίες νάτριο‑ιόντων;

Πέρα από τις μπαταρίες λιθίου‑ιόντων

Οι μπαταρίες έχουν προοδευτικά γίνει η κύρια τεχνολογική καινοτομία της δεκαετίας, όπως οι προηγούμενες δεκαετίες διαμορφώθηκαν από την άνοδο του υπολογιστή ή του διαδικτύου.

Αυτό συμβαίνει επειδή η πρόοδος στην τεχνολογία μπαταριών οδηγεί όχι μόνο στην επανάσταση των ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά αποτελεί επίσης τον κρίσιμο περιορισμό για την πράσινη μετάβαση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω της διακοπής των ανανεώσιμων πηγών.

Οι υπερ‑πυκνές και/ή φθηνές μπαταρίες θα είναι επίσης κρίσιμες για την ηλεκτροποίηση και αποανθρακοποίηση των ενεργοβόρων τομέων της οικονομίας, όπως η βαριά βιομηχανία (χημικά, μεταλλουργία, κατασκευή) και οι μεταφορές (φορτηγά, πλοία, αεροπλάνα).

Μέχρι τώρα, αυτό έχει επιτευχθεί με παραλλαγές μπαταριών λιθίου, είτε λιθίου‑ιόντων (λιθίου‑νικελίου‑μαγγανίου NMC & λιθίου‑νικελίου‑κόβαλτου‑αλουμινίου NCA) είτε λιθίου‑σιδηροφωσφορικού (LFP) μπαταρίες. Ήταν μια μετασχηματιστική τεχνολογία που δίκαια κέρδισε στους εφευρέτες της το Βραβείο Νόμπελ Χημείας 2019 (ακολουθήστε τον σύνδεσμο για την ιστορία της εφεύρεσης των μπαταριών λιθίου‑ιόντων).

Μέχρι τώρα, αναμενόταν ότι αυτές οι μπαταρίες θα συνεχίσουν να κυριαρχούν στην αγορά μπαταριών, χάρη στην εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή τους πυκνότητα.

Πηγή: S&P Global

Αργότερα, οι στερεές μπαταρίες θεωρούνται ως ένα πιθανό επόμενο βήμα για τη συνέχιση της αύξησης της πυκνότητας των μπαταριών και επίσης τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων λιθίου, δείτε το “5 Best Solid-State Battery Stocks to Watch or Buy”.

Ωστόσο, το λίθιο δεν είναι το μοναδικό ιόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μπαταρίες. Το πολύ πιο άφθονο και φθηνότερο νάτριο, η βάση του αλατιού, είναι επίσης υποψήφιο.

Το πρόβλημα είναι ότι οι μπαταρίες νάτριο‑ιόντων έχουν μέχρι τώρα χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, και περιορίζονται σε φθηνές/χαμηλής εμβέλειας ηλεκτρικά οχήματα ή σταθερές μπαταρίες κλίμακας κοινής ωφέλειας.

Αυτό μπορεί να αλλάξει, χάρη στην εφεύρεση μπαταριών νάτριο‑ιόντων που χρησιμοποιούν την κάθοδο TAQ. Ήταν το έργο ερευνητών στο MIT και στο Brookhaven National Laboratory, οι οποίοι δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο Journal of the American Chemical Society, με τίτλο “High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode”¹.

Πηγή: Princeton University

Καθόδιο TAQ

Αναφέραμε προηγουμένως το κάθοδο TAQ στο “Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ?”. Το TAQ, ή bis‑tetraaminobenzoquinone, είναι ένα στρωματικό οργανικό στερεό σύμπλεγμα.

Σε αυτή την έρευνα του 2024, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το TAQ δεν είχε μόνο δυναμικό ως υλικό υπερχωρητή, αλλά υπερέβη το παραδοσιακό κάθοδο λιθίου.

Πηγή: GreenCarCongress

Βρήκαν πώς να βελτιώσουν την προσκόλληση του TAQ στον ανοξείδωτο συλλέκτη ρεύματος του καθεδίου, βελτιώνοντας τη σταθερότητα του νέου πρωτοτύπου καθεδίου proof‑of‑concept.

Προσθέτοντας υλικά που περιέχουν κυτταρίνη και καουτσούκ στο TAQ, πέτυχαν με ασφάλεια πάνω από 2.000 κύκλους φόρτισης‑αποφόρτισης. Η ενεργειακή πυκνότητα ήταν επίσης υψηλότερη από τις κάθοδος βάσει κοβαλτίου, και η φόρτιση διήρκεσε λιγότερο από 6 λεπτά.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι οι οργανικές κάθοδος έχουν συζητηθεί για άλλους τύπους μπαταριών, για παράδειγμα, για αλουμινίου‑ιόντων, νατρίου/καλίου‑ιόντων, ψευδαργύρου, ή διπλών ιόντων βάσει ασβεστίου μπαταρίες. Έτσι, είναι δυνατόν η ανακάλυψη των ιδιοτήτων του TAQ να εφαρμοστεί σε άλλους τύπους μπαταριών εκτός των λιθίου‑ιόντων.

Και αυτό είναι ακριβώς αυτό που έκανε η ερευνητική ομάδα, δημιουργώντας μια μπαταρία νάτριο‑ιόντων με εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.

Μπαταρία Νάτριο‑Ιόντων TAQ

Γιατί το Νάτριο;

Ο λόγος που οι ερευνητές επέλεξαν το νάτριο για το επόμενο βήμα της έρευνάς τους είναι η αφθονία του υλικού.

«Είναι πάντα καλύτερο να έχουμε ένα διαφοροποιημένο χαρτοφυλάκιο για αυτά τα υλικά. Το νάτριο είναι κυριολεκτικά παντού. Για εμάς, η επιδίωξη μπαταριών που κατασκευάζονται με πραγματικά άφθονα πόρους όπως η οργανική ύλη και το θαλασσινό νερό είναι ένα από τα μεγαλύτερα ερευνητικά μας όνειρα.

Το να βρίσκεσαι στην πρώτη γραμμή της ανάπτυξης ενός πραγματικά βιώσιμου και οικονομικά αποδοτικού καθεδίου ή μπαταρίας νάτριο‑ιόντων είναι πραγματικά συναρπαστικό.

Mircea Dincă – Professor of Chemistry at MIT.

Υπάρχει επίσης επιχειρηματικό κίνητρο, καθώς αυτή η μελέτη, καθώς και η αρχική μελέτη του 2024 για το TAQ, χρηματοδοτήθηκαν από την Automobili Lamborghini S.p.A. Φθηνότερα υλικά και τεχνολογία μπαταριών που δεν εξαρτώνται από μια αλυσίδα εφοδιασμού κυριαρχούμενη από την Κίνα θα μπορούσαν να είναι σωτήριες για τη κάπως δυσκολευόμενη ευρωπαϊκή αυτοκινητοβιομηχανία, η οποία υστερεί στην ηλεκτροποίηση.

Προσαρμογή του Καθεδίου TAQ σε Μπαταρίες Νάτριο

Για να λειτουργήσει με νάτριο, οι ερευνητές έπρεπε να τροποποιήσουν το σχεδιασμό τους ώστε να ταιριάζει με τις απαιτήσεις των μπαταριών νάτριο‑ιόντων.

Μία πρόκληση ήταν η δημιουργία ενός ομογενούς ηλεκτροδίου που περιέχει τόσο TAQ όσο και άνθρακα.

«Ο συνδετικός που επιλέξαμε, οι νανοσωλήνες άνθρακα, διευκολύνουν το μείγμα των κρυσταλλιδίων TAQ και των σωματιδίων μαύρου άνθρακα, οδηγώντας σε ένα ομογενές ηλεκτρόδιο. Οι νανοσωλήνες άνθρακα τυλίγουν στενά τα κρυσταλλίδια TAQ και τα συνδέουν μεταξύ τους.

Και οι δύο παράγοντες προάγουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων μέσα στο σώμα του ηλεκτροδίου, επιτρέποντας σχεδόν 100% αξιοποίηση του ενεργού υλικού, κάτι που οδηγεί σε σχεδόν τη θεωρητική μέγιστη χωρητικότητα.

Dr. Tianyang Chen – MIT Researcher

Πηγή: Princeton University

Υψηλές Επιδόσεις

Αυτή η εξαιρετικά υψηλή χωρητικότητα που επιτεύχθηκε σε ένα πρωτότυπο θα μπορούσε γρήγορα να μετατραπεί σε πολύ αποδοτικές μπαταρίες, ιδιαίτερα όσον αφορά τον χρόνο φόρτισης, έναν συνηθισμένο περιορισμό των ηλεκτρικών οχημάτων, και τις παρατηρήσεις των καταναλωτών.

«Η χρήση νανοσωλήνων άνθρακα βελτιώνει σημαντικά την απόδοση ταχύτητας της μπαταρίας, πράγμα που σημαίνει ότι η μπαταρία μπορεί να αποθηκεύσει την ίδια ποσότητα ενέργειας σε πολύ μικρότερο χρόνο φόρτισης, ή μπορεί να αποθηκεύσει πολύ περισσότερη ενέργεια στον ίδιο χρόνο φόρτισης.»

Αυτό επιτεύχθηκε διατηρώντας τα πλεονεκτήματα του TAQ, δηλαδή τη σταθερότητα απέναντι στον αέρα και την υγρασία, τη μακρά διάρκεια ζωής, την ικανότητα αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες και τη βιωσιμότητα για το περιβάλλον.

Το τελικό προϊόν είχε ενεργειακή πυκνότητα καθεδίου 472 Wh/kg ηλεκτροδίου όταν φορτιζόταν/αποφορτιζόταν σε 90 s και κορυφαία ειδική ισχύ 31,6 kW/kg ηλεκτροδίου.

Για σύγκριση, αυτό είναι κάπως κοντά στην πυκνότητα των εμπορικών καθεδίων Ni/Co‑βάσει στρωματικού τύπου (∼740 Wh/kg‑κάθεδο) αναφερόμενο σε μια επιστημονική δημοσίευση του 2024.

Μελλοντικές Εξελίξεις και Εμπορικό Δυναμικό

Γενικά, είναι πιθανό ότι οι υψηλής ποιότητας μπαταρίες λιθίου‑ιόντων και, αργότερα, οι στερεές μπαταρίες θα συνεχίσουν να κυριαρχούν στην αγορά υψηλής ποιότητας ηλεκτρικών οχημάτων.

Ωστόσο, για τα πιο ευαίσθητα σε τιμή τμήματα όπως τα φθηνά και μεσαίας εμβέλειας ηλεκτρικά οχήματα, τα εμπορικά φορτηγά, η αποθήκευση κοινής ωφέλειας κ.λπ., άλλοι παράγοντες πιθανότατα θα είναι πιο σημαντικοί, όπως το συνολικό κόστος, η διαθεσιμότητα πόρων, η ανθεκτικότητα κ.λπ.

Αυτό θα μπορούσε να θέσει ένα όριο στη ζήτηση για λίθιο, καθώς το νάτριο διαμορφώνεται ολοένα και περισσότερο ως βιώσιμη εναλλακτική, χάρη σε καινοτόμα υλικά καθεδίου όπως το TAQ.

Άλλες βελτιώσεις θα μπορούσαν επίσης να συμβάλουν, για παράδειγμα, την πλήρη κατάργηση της ανάγκης για άνοδο (το άλλο άκρο της μπαταρίας), όπως συζητήσαμε τον Ιούλιο του 2024 στο «Anode-Free Sodium Solid-State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’».

Πηγή: University Of Chicago

Αυτό δεν έχει δοκιμαστεί ακόμη, και πιθανότατα θα απαιτήσει κάποιες προσαρμογές, αλλά μπορούμε εύκολα να φανταστούμε μακροπρόθεσμα ότι τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα και τα εμπορικά φορτηγά δεν θα χρειάζονται τεράστιες μπαταρίες εμβέλειας 1.000‑2.000 μιλίων χρησιμοποιώντας την καλύτερη δυνατή στερεή μπαταρία λιθίου.

Αντίθετα, μια μελλοντική μπαταρία νάτριο‑ιόντων χωρίς άνοδο, με κάθοδο TAQ, ίσως στερεά, ίσως νάτριο‑ιόντων, θα είναι αρκετή για να φτάσει στην εμβέλεια 400‑600 μιλίων με καλύτερη τιμή.

Εκτός από την καινοτομία στη χημεία, ο σχεδιασμός της δομής μπορεί επίσης να βελτιώσει τις μπαταρίες, όπως η δομή κυψέλης μέλιτος που χρησιμοποιείται στην μπαταρία “condensed state” της CATL, του μεγαλύτερου κατασκευαστή μπαταριών παγκοσμίως. Ίσως μια τέτοια ιδέα θα μπορούσε να εφαρμοστεί και στις μπαταρίες νάτριο‑ιόντων. (δείτε περισσότερες πληροφορίες στο «CATL (300750.SZ): The Battery Juggernaut»).

Επένδυση σε Προηγμένες Τεχνολογίες Μπαταριών

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

Μπορείτε να επενδύσετε σε εταιρείες σχετικές με μπαταρίες μέσω πολλών χρηματιστών, και μπορείτε να βρείτε εδώ, στο securities.io, τις προτάσεις μας για τους καλύτερους χρηματιστές στις ΗΠΑ, Καναδά, Αυστραλία, Ηνωμένο Βασίλειο, καθώς και σε πολλές άλλες χώρες.

Αν δεν ενδιαφέρεστε να επιλέξετε συγκεκριμένες εταιρείες μπαταριών, μπορείτε επίσης να εξετάσετε τα ETF μπαταριών όπως το Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), το Lithium & Battery Tech ETF (LIT) της Global X, ή το WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), το οποίο θα προσφέρει μια πιο διαφοροποιημένη έκθεση για να εκμεταλλευτείτε την αυξανόμενη βιομηχανία μπαταριών.

Organic Cathode Company

Volkswagen AG

Η έρευνα του Καθ. Mircea Dincă για το κάθοδο TAQ, τόσο το 2024 (λιθίου‑ιόντων) όσο και το 2025 (νάτριο‑ιόντων), χρηματοδοτήθηκε από την Automobili Lamborghini S.p.A., θυγατρική της Audi, η οποία ανήκει στην Volkswagen Group.

Έχει υποβληθεί αίτηση πατέντας για την τεχνολογία του οργανικού καθεδίου.

Ο γερμανικός κατασκευαστής αυτοκινήτων είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός αυτοκινήτων στον κόσμο, μετά μόνο την Toyota. Η εταιρεία, για κάποιο χρονικό διάστημα, υστερούσε στην τεχνολογία EV, αλλά έχει εργαστεί σκληρά για να καλύψει το χάσμα, ιδιαίτερα με τη σειρά αυτοκινήτων ID και πολλά υβριδικά μοντέλα.

Πηγή: Volkswagen

Η συνεργασία με τους ερευνητές του MIT είναι μόνο μία από πολλές, με άλλες συνεργασίες σχετικά με EV που περιλαμβάνουν:

• Μία επένδυση $700M στην κινεζική Xpeng για την ενίσχυση των πωλήσεων EV στην Κίνα.
• Συνεργασία με την κινεζική SAIC Motor για την προμήθεια πλατφορμών EV στη Volkswagen.
• Συνεργασία με την Jetta Motor για την απόκτηση τεχνολογίας EV.
• Μία συνεργασία $492M με τη Magna για την αναζωογόνηση του εικονικού brand Scout ως EV

Scout cars – Πηγή: Volkswagen

Με τα φιλόδοξα σχέδιά του σχετικά με τα EV και την πρόσβαση σε προηγμένη τεχνολογία EV από κορυφαίες κινεζικές εταιρείες, η Volkswagen βρίσκεται σε καλή θέση για να εξετάσει την πατενταρισμένη τεχνολογία οργανικού καθεδίου του MIT και να εργαστεί για την εφαρμογή της σε κλίμακα στα μελλοντικά της EV.

Ωστόσο, εν τω μεταξύ, μπορεί να επιλέξει να εστιάσει πρώτα στα υβριδικά και να διατηρήσει τα αυτοκίνητα ICE για περισσότερο χρόνο από το αρχικό σχέδιο, προκειμένου να “διατηρήσει ευελιξία”.

Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για τη Volkswagen και τη στρατηγική της για τα EV, συμπεριλαμβανομένης της διόρθωσης των προβλημάτων λογισμικού μέσω συμφωνίας με τη Rivian, και της ενοποίησης της αρχιτεκτονικής EV σε όλη τη Volkswagen Group και τις μάρκες της, στο «Volkswagen Closing German Factory? What’s Next for the Troubled Automaker?».

Αναφορά Μελέτης:

^{1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). Μπαταρίες νάτριο‑ιόντων υψηλής ενέργειας και υψηλής ισχύος από οργανικό κάθοδο στρώματος. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}