Οι μπαταρίες νάτριου-ιόντων αυξάνονται, αλλά οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων μπορεί να παραμείνουν λόγω του ινδίου

Η Αναγέννηση του Λιθίου-Ιόντος;

Μια πρόσφατη ανακάλυψη ερευνητών του Cornell University θα μπορούσε να φέρει την τεχνολογία λιθίου-ιόντων ξανά στον αγώνα για την τέλεια τεχνολογία μπαταριών. Βρήκαν ότι η χρήση υλικού ανόδου από ίνδιο θα επέτρεπε εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση των μπαταριών λιθίου-ιόντων.

Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων, μέχρι τώρα, κυριαρχούν στον σχεδιασμό μπαταριών για μικρά ηλεκτρονικά και τα πρώτα μοντέλα ηλεκτρικών οχημάτων. Ωστόσο, ορισμένοι περιορισμοί της τεχνολογίας έχουν ωθήσει τη βιομηχανία να αναζητήσει εναλλακτικές λύσεις, όπως μπαταρίες νάτριου-ιόντων ή στερεά‑κατάσταση. Η χρήση Ινδίου θα έλυνε ένα βασικό πρόβλημα για τη μαζική υιοθέτηση των EV – το άγχος εμβέλειας. Οι περισσότεροι χρήστες EV ανησυχούν ότι η μπαταρία θα εξαντληθεί πριν φτάσουν σε σταθμό φόρτισης. Έτσι, τείνουν να επιλέγουν πολύ ισχυρό πακέτο μπαταρίας, το οποίο προσθέτει βάρος και κόστος στο αυτοκίνητο.

Ένα άλλο πρόβλημα είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη φόρτιση της μπαταρίας. Αυτό μπορεί να αποτελεί σοβαρό ζήτημα για ταξίδια μεγάλων αποστάσεων ή εμπορικές εφαρμογές. Επίσης, μειώνει τη διαθεσιμότητα των σταθμών φόρτισης, καθώς κάθε «πλήρης δεξαμενή» απαιτεί χρόνο και κρατά τον φορτιστή του EV μη διαθέσιμο.

Έτσι, μια τεχνολογία μπαταρίας λιθίου-ιόντων που φορτίζει πιο γρήγορα θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση του κόστους των EV, να ελαφρύνει το άγχος εμβέλειας και να βελτιώσει τις δυνατότητες του δικτύου φόρτισης.

Μπαταρίες Ινδίου στη Σωτηρία;

Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από την ομάδα του Lynden A. Archer στη Σχολή Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής του Cornell, με κύριο συγγραφέα τον Shuo Jin, διδακτορικό φοιτητή χημικής και βιομοριακής μηχανικής.

Στην δημοσίευσή τους «Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries» εξηγούν την προσέγγισή τους. Επικεντρώθηκαν στην κινητική (ταχύτητα) των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, συγκεκριμένα στον «αριθμό Damköhler». Μελετώντας τους ρυθμούς μεταφοράς σε στερεά κατάσταση, διαπίστωσαν ότι το ίνδιο ήταν πολύ καλός υποψήφιος για μπαταρίες γρήγορης φόρτισης. Προς το παρόν, το ίνδιο χρησιμοποιείται κυρίως σε οθόνες LCD και άλλες υψηλής τεχνολογίας εφαρμογές όπως φωτοβολταϊκά, κρυογενική τεχνολογία και ράβδοι ελέγχου πυρηνικών αντιδραστήρων.

Το ίνδιο είναι καλό μέταλλο για χρήση σε άνοδο λόγω της ταχείας διάχυσής του και της αργής κινητικής της επιφανειακής αντίδρασης, που μεταφράζονται σε γρήγορη φόρτιση για τη μπαταρία.

Το Ίνδιο ως Πρώτο Βήμα Προς Μπαταρίες Σχεδιασμένες από AI;

Τα άνοδοι από ίνδιο θα μπορούσαν να μειώσουν το άγχος εμβέλειας, το οποίο με τη σειρά του θα μειώσει την ανάγκη για πολύ μεγάλα και βαριά πακέτα μπαταριών. Ωστόσο, το ίδιο το ίνδιο είναι πολύ βαρύ και πυκνό μέταλλο.

Αυτός είναι ο λόγος που ο Pr Archer θεωρεί επίσης την ανακάλυψη της ομάδας του σχετικά με το ίνδιο ως σημείο εκκίνησης.

«Εδώ κρύβεται μια ευκαιρία για μοντελοποίηση υπολογιστικής χημείας, ίσως με τη χρήση γεννητικών εργαλείων AI, για να μάθουμε ποιες άλλες χημικές συνθέσεις ελαφριών υλικών θα μπορούσαν να επιτύχουν τους ίδιους ενδογενείς χαμηλούς αριθμούς Damköhler.

Για παράδειγμα, υπάρχουν κράματα μετάλλων που δεν έχουμε μελετήσει ποτέ, τα οποία έχουν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά;»

Η αξιοποίηση των προόδων της AI για την εύρεση νέων υλικών μπαταριών είναι μια ρεαλιστική ιδέα, όπως έχει δείξει η έρευνα των PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Στο άρθρο μας «Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)», συζητήσαμε πώς χρησιμοποίησαν αρκετές προβλεπτικές χημικές AI για να συγκεκριμένα 32 εκατομμύρια ιδέες σε λιγότερο από 80 ώρες, οδηγώντας στην ανακάλυψη ενός νέου ηλεκτρολύτη μπαταρίας.

Ίσως η ίδια τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί, εστιάζοντας στον αριθμό Damköhler για να βρεθούν υλικά που αποδίδουν εξίσου καλά με το ίνδιο, αλλά είναι λιγότερο βαριά.

Απόθεμα Ζωής Κύκλου Μπαταριών

1. Arcadium Lithium (Συγχώνευση Allkem + Livent)

Η Arcadium είναι το αποτέλεσμα της ισότιμης συγχώνευσης των ηγετών εξόρυξης λιθίου Allkem και Livent, καθιστώντας την την τρίτη μεγαλύτερη παραγωγό λιθίου παγκοσμίως. Η συγχώνευση δημιουργεί μια εταιρεία που είναι παρούσα σε όλα τα στάδια της παραγωγής και επεξεργασίας του λιθίου.

Η παραγωγή της εταιρείας βρίσκεται κυρίως στην Αργεντινή, στο «τρίγωνο του λιθίου» (Χιλή, Αργεντινή, Βολιβία) με τη μορφή αλατιού, ενώ υπάρχει επίσης λιθίου σκληρού πετρώματος στον Καναδά και την Αυστραλία.

Πηγή: Arcadium

Το λίθιο είναι ένα εμπορεύσιμο προϊόν που πρόσφατα υπέστη πτώση τιμών, καθώς μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η Ford ή η GM έχουν επιβραδύνει τα σχέδιά τους για EV. Ταυτόχρονα, οι κινεζικές εταιρείες EV όπως η BYD κατηγορούνται ότι πλημμυρίζουν τις ξένες αγορές με φθηνά EV, κάτι που θα μπορούσε να πυροδοτήσει ένα νέο κύμα υιοθέτησης EV τα επόμενα χρόνια. Για παράδειγμα, το BYD Seagull των €10.000 που φθάνει στην Ευρώπη φέτος.

Έτσι, η τρέχουσα αδυναμία τιμών του λιθίου ενδέχεται να μην διαρκέσει για πάντα.

2. CATL

Η CATL είναι ο παγκόσμιος ηγέτης στην κατασκευή μπαταριών, παράγοντας περισσότερο από το ήμισυ του παγκόσμιου όγκου μπαταριών. Η εταιρεία είναι παρούσα σε κάθε στάδιο της αλυσίδας εφοδιασμού κατασκευής μπαταριών και ηγείται στην τεχνολογία μπαταριών.

Αυτό ισχύει για τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων, όπου η εταιρεία είναι μακροχρόνιος ηγέτης. Η CATL έχει επίσης ανακοινώσει εντυπωσιακή πρόοδο σε πολλούς άλλους τύπους μπαταριών :

• Μια μπαταρία 12.000 κύκλων υπερ‑μακράς διάρκειας για αποθήκευση ενέργειας σε κλίμακα κοινωφελούς, με στόχο 18.000 κύκλους μακροπρόθεσμα.
• Μια μπαταρία LFP (Λιθίου Φερρικού Φωσφορικού) 700 km που φορτίζει 400 km εμβέλειας σε 10 λεπτά.
• Μια μπαταρία 500 Wh/kg, που ενδέχεται να επιτρέψει την ηλεκτροκίνηση επιβατικών αεροσκαφών.
• Μαζική παραγωγή μπαταριών νάτριου-ιόντων 160 Wh/kg, με στόχο 200 Wh/kg.

Πηγή: CATL

Η CATL έχει επίσης επενδύσει €3.25 δισ. σε δυνατότητες ανακύκλωσης μπαταριών στην Κίνα. Η CATL έχει σημειώσει αξιοσημείωτο ποσοστό ανάκτησης 99,6 % για νικέλιο, κοβάλτιο, μαγγάνιο και 91 % για λίθιο.

Χάρη στην κλίμακα, την εστίαση και τα επιτεύγματα Έ&Ρ, 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 EV, συμπεριλαμβανομένων των Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis κ.λπ.

3. BYD

Μακροχρόνιος ανταγωνιστής της Tesla στην αγορά EV, η BYD έχει γίνει σοβαρός ανταγωνιστής όχι μόνο για τη Tesla αλλά για σχεδόν όλους τους κατασκευαστές αυτοκινήτων.

Η εταιρεία εξελίχθηκε από την αρχική της δραστηριότητα ως προμηθευτής μπαταριών για τηλέφωνα στο να πουλά σχεδόν τόσα EV όσο η Tesla στην Κίνα (τη μεγαλύτερη αγορά EV παγκοσμίως) και να είναι το πιο πωλούμενο EV στην Ταϊλάνδη, Σουηδία, Αυστραλία, Νέα Ζηλανδία, Σιγκαπούρη, Ισραήλ και Βραζιλία.

Η BYD είναι μεγάλο μέρος του λόγου για τον οποίο η Κίνα ξαφνικά έγινε ο μεγαλύτερος εξαγωγέας αυτοκινήτων παγκοσμίως το 2023, ξεπερνώντας την Ιαπωνία. Η επιθετική εξωτερική επέκταση της εταιρείας υποστηρίζεται επίσης από νέες εργοστάσια, όπως στη Ουγγαρία. Και με την κυκλοφορία αυτοκινήτων $10.000‑$12.000 όπως το Seagull, μια εντελώς νέα αγορά μπορεί να ανοίξει για τα EV της BYD.

Πηγή: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Παρόλο που είναι κυρίως κατασκευαστής μπαταριών, η BYD αποτελεί σοβαρό ανταγωνιστή της CATL στην αγορά μπαταριών LFP, με μερίδιο αγοράς 41,1 % στην Κίνα (σε σύγκριση με το 33,9 % της CATL).

Η «πλημμύρα» των φθηνών EV που παράγει η BYD στις ευρωπαϊκές και αμερικανικές αγορές πιθανότατα θα αντιμετωπιστεί με κάποιο επίπεδο προστατευτισμού, το οποίο θα μπορούσε να εμποδίσει την ανάπτυξη της BYD. Ωστόσο, τα φθηνά κινεζικά EV είναι ήδη μεγάλη επιτυχία σε όλο τον υπόλοιπο κόσμο, όπου δεν υπάρχουν πολλοί εγχώριοι κατασκευαστές για να προστατευθούν, συμπεριλαμβανομένης ολόκληρης της Νότιας Αμερικής, Ρωσίας, Αφρικής, Μέσης Ανατολής και Νοτιοανατολικής Ασίας.

Αυτό αντιπροσωπεύει δισεκατομμύρια δυνητικούς πελάτες για τη BYD, που ζουν σε χώρες που επιδιώκουν γεωπολιτική ισορροπία και καλές σχέσεις τόσο με τη Δύση όσο και με την Κίνα, οπότε είναι απίθανο να δημιουργηθούν πολύ ισχυρά προστατευτικά εμπόδια.