Hunajakennoakku, joka voi mahdollisesti päihittää kiinteän tilan akut

Akkuita maailman sähköistämiseksi

Battery technology is changing the world in countless ways. The most obvious example of this is EVs, but advanced batteries are also the driving force behind the growing importance of drones and other futuristic innovations like maglev, Hyperloop trains, and even massivetureita avaruuden valloittamiseen.

Ne ovat myös olennaisia sähköverkon vihreäksi muuttamisessa tasoittamalla aurinkopaneelien energiantuotantokäyriä illalla ja tuuliturbiinien tuotantoa ilman tuulta olevina päivinä.

Lähde: Statista

Tällä hetkellä akkuteknologiaa on hallinnut litiumioni‑tekniikka, löytö niin keskeinen, että se voitti Nobelin kemianpalkinnon vuonna 2019 (lisätietoja historiasta sen löydöstä omassa artikkelissamme).

Silti litiumioniakut kärsivät yhdestä vakavasta rajoitteesta. Ajan myötä metallisen litiumin piikit, dendriitit, kasvavat hieman jokaisessa lataus-/purkaussyklissä. Tämä voi johtaa dendriittien lävistämään akun komponentteja, aiheuttaen oikosulun. Tällaisen oikosulun vaarallisuutta pahentaa se, että litiumioniakut käyttävät syttyviä elektrolyyttejä, mikä tekee akkun palamista erittäin kuumaksi ja vaikeaksi sammuttaa.

Tämä on ongelma, jota jakavat jossain määrin kaikki litiumpohjaiset akut, mukaan lukien LFP (litium-rauta-fosfaatti) -kemia. Ainakin tähän asti.

Lähde: Nobel Prize

Pitkään ajateltiin vaihtoehdoksi joko täysin eri kemiaa, kuten natriumioni, tai erilaista akkukäsitettä, erityisesti kiinteän tilan akkuja, jotka eivät käytä lainkaan elektrolyyttejä.

Tämä ei ehkä olekaan totta. Johtava akkuvalmistaja CATL on ilmoittanut, että uusi “hunajakenno”-suunnittelu voi luoda akkuja, joilla ei ole merkkejä heikkenemisestä viiden intensiivisen käyttövuoden jälkeen.

Tätä suunnittelua voitaisiin käyttää luomaan akkuja, jotka ovat yhtä energiatehokkaita kuin kiinteän tilan akut, samalla käyttäen suurimmaksi osaksi nykyistä teknologiaa.

Hunajakennoja, jotka varastoivat enemmän energiaa.

Keskeinen syy siihen, että akut heikkenevät ja dendriittejä muodostuu, on se, että materiaali supistuu ja laajenee jokaisessa lataus-/purkaussyklissä, kun litiumionit pääsevät anodimatriisiin.

Supistumisen/laajenemisen hallinta on myös yksi keskeisistä haasteista, jotka ovat estäneet kiinteän tilan akkujen kehitystä. CATL väittää löytäneensä ratkaisun kehittämällä monimutkaisen hunajakenno‑maisen rakenteen anodimateriaalilleen.

Idea ei ole täysin uusi, sillä se on jo ehdotettu tutkijoiden toimesta, esimerkiksi vuonna 2020 julkaistussa tieteellisessä artikkelissa nimeltä “Venytettävä litiumioniakku, joka perustuu uuteen mikro‑hunajakenno‑rakenteeseen”.

Lähde: Phys.org

Yritys ilmoitti uudesta LFP (litium-rauta-fosfaatti) -akusta, joka voi lisätä 600 km:n toimintasäteen vain 10 minuutissa. Kokonaisuudessaan toimintasäde voisi olla yli 1 000 km (600 mailia), poistaen täysin kaikki “toimintasäde‑ahdistus” tulevilta sähköauton omistajilta.

Kaiken kaikkiaan tämä tarkoittaa, että 1 km:n toimintasäde voidaan ladata joka sekunti, ja täysi lataus 1 000 km:lle kestää 16,6 minuuttia.

Uusi tiheysennätys

Tämä vaikuttava toimintasäde on mahdollinen, koska “Shenxing‑akuston energiateho ylittää 200 Wh/kg rajan ensimmäistä kertaa, saavuttaen 205 Wh/kg”.

Tämä saavutettiin “hunajakenno”-rakenteen ansiosta, joka pitää materiaalin oikeassa paikassa, estäen halkeilua ja supistumista latauksen aikana.

Yritys on tietysti melko salailija valmistusprosessinsa yksityiskohdista, sillä akkuteknologia on ehkä yksi maailman kilpailullisimmista aloista tällä hetkellä, erityisesti BYD:n seuraavan sukupolven teräksiparistoja, joiden odotetaan saavuttavan 190 Wh/kg.

Valmistuksen salaisuudet

Tiedämme, että he käyttivät jotain nimeltä “granulaarinen graduaatio/nanometri-enkapsulaatio”, joka voi sijoittaa jokaisen nanometrisen hiukkasen kennon oikeaan kohtaan. He mainitsivat myös “nopea litiumioni‑johtava pinnoite” energiansiirron nopeuttamiseksi akun kahden navan välillä.

CATL:n tehtaat ovat erittäin automatisoituja ja voivat tuottaa yhden uuden LFP‑akun sekunnissa lippulaivatehtaassaan.

Vuodelta 2021 tieteellisestä artikkelista, voimme oppia joitakin hunajakennojen keskeisiä etuja, erityisesti alhaisen tiheyden ja korkean poikittaispuristuksen sekä leikkausominaisuudet (materiaalien vastus voimia vastaan, jotka vaikuttavat rinnakkain mutta vastakkaisiin suuntiin).

Hunajakenno‑grafeenijärjestely estää tehokkaasti piinanoshiukkasten aggregaation, parantaa sähkönjohtavuutta ja vähentää Li+‑kuljetusvastusta.

Vaikka ei ole selvää, miten CATL sen teki, jotkut näistä menetelmistä ovat tunnettuja; esimerkiksi peräkkäiset lämpö- ja kemialliset käsittelyt hiilen ja happojen kanssa voivat luoda nano‑hunajakenno‑rakenteen.

Lähde: Chemistry Europe

Lähde: Chemistry Europe

Muut parannukset

Akkuteknologiassa jokainen parannus on merkittävä, koska ne voivat kumuloitua ja tehdä akusta tiheämmän. Tämä puolestaan vähentää tietyn ajomatkan vaatiman akun tilavuutta. Tämä taas pienentää kokonaispainoa, lisäten edelleen toimintasädettä ja/tai tarvittavien akkujen määrää.

Hunajakenno‑rakenteen rinnalla CATL ilmoitti myös muutamia muita parannuksia. Yksi tekijä CATL:n uuden akun tiheyden nostamisessa on optimoitu solu‑kappale‑teknologia (CTB), joka optimoi akun ottaman tilan akkupakissa. Tämä johti tilatehokkuuden parantumiseen 7 %.

Muita ominaisuuksia ovat erittäin korkea jäähdytys­tehokkuus korkean jännitteen kotelo, joka vähentää jäähdytysjärjestelmän energiankulutusta. AI‑pohjainen älykäs akkuhallintajärjestelmäalgoritmi varmistaa myös akun turvallisuuden.

Latausinfrastruktuuri

Sähköautojen latausinfrastruktuuri on ollut pitkään rajoittava tekijä, pääosin koska tarvitaan verkko yhtä tiheä kuin nykyiset polttoaineasemat, jotta vältetään pitkät odotusajat ja latausverkoston aukot syrjäisillä alueilla. Kuitenkin toinen ongelma nousee esiin: näiden latausasemien kapasiteetti.

Kun akut pystyvät käsittelemään massiivisia teholatauksia ja nopeaa latausta, latausasemien on itsessään oltava suurempaa kapasiteettia. Nopea 16‑minuutin lataus 1 000 km:lle vaatii 4C‑latausprosessin, mikä puolestaan edellyttää valtavaa 400 kW lataustehoa 100 kWh akulle.

Tästä syystä CATL ilmoitti tuolloin astuvansa latausinfrastruktuurin markkinoille. Se aloittaa Shenxing Superfast Charging -verkoston rakentamisen Kiinassa, tehden yhteistyötä alan johtavien kumppaneiden, kuten Star Charge, YKC ja Shudao New Energy, kanssa.

Kaiken kaikkiaan se suunnittelee 600 palvelupistettä, jotka kattavat 271 prefektuuritasoista kaupunkia 31 maakunnallisella alueella. Akkujen, latausverkostojen ja palveluiden, kuten akkujen tarkastuksen ja ylläpidon, tarjoaminen pyrkii luomaan suljetun ekosysteemin.

LFP:n ja sähköautojen ulkopuolella

Hyötykäyttö

CATL on yhä aktiivisempi hyötykäyttöön suunnattujen akkujen markkinoilla, ja näyttää olevan uudistunut kiinnostus käyttää litiumpohjaista kemiaa natriumioniin harkinnan jälkeen.

Merkittävintä on, että se ilmoitti pilottihankkeesta, jossa käytettiin TENER‑kontti‑akustojärjestelmää, ja joka on osoittanut kapasiteetin nolladegradaation täyden viiden vuoden toiminnan jälkeen.

Lähde: Sustainability Environment

Hunajakenno‑rakenne on todennäköisesti nousemassa CATL:n akkuarkkitehtuurin keskeiseksi osaksi. Vaikka sitä ei ole erikseen mainittu, tämä on luultavasti se, mihin CATL viittasi puhuessaan TENER‑järjestelmästä:

TENER:n toteuttamiseksi yritys käytti biomimeettisiä SEI‑ionikanavia ja korkeaa vakautta, yhdessä itseassembloitujen elektrolyyttiteknologioiden kanssa, luoden sen kutsuman “ikääntyneen energian varastointijärjestelmän”.

Perustuen huipputeknologiaan ja äärimmäisiin valmistuskykyihin, olemme ratkaisseet erittäin aktiivisten litiummetallien haasteet […], mikä tehokkaasti auttaa estämään hapettumisreaktion aiheuttamaa lämpöstabiilisuuden heikentymistä,”

Tiivistetty tila

On myös mahdollista, että hunajakenno‑rakenteet ovat taustalla “tiivistetty tila” -akussa, joka paljastettiin vuonna 2023 ja jonka odotetaan kommertisoituvan pian.

Näiden litiumakkujen (ei LFP) väitetään saavuttavan 500 Wh/kg energiatehon, eli 2,5‑kerran suuremman kuin äskettäin ilmoitetut LFP‑akut.

Tälle projektille ei ole ilmoitettu hintaa, joten CATL:n tuleva tuotevalikoima näyttää olevan seuraavanlainen:

1. Tiivistetty tila 500 Wh/kg:lle huippuluokan sähköautoille ja mahdollisesti uusille markkinoille, kuten sähkövoimalla toimivat lentokoneet.
2. Edistynyt LFP 200 Wh/kg:lle keskihintaisille sähköautoille, joiden 1 000 km:n toimintasäde voidaan ladata 16 minuutissa oikean latausinfrastruktuurin avulla.
3. Natriumioni edullisille sähköautoille, joilla on pienempi toimintasäde.

Ei ole selvää, mihin kiinteän tilan akut sopisivat tähän sekoitukseen. Jotkut sijoittajat saattavat olla huolissaan siitä, että kiinteän tilan ensimmäisen sukupolven suunnittelu voisi jäädä jälkeen CATL:n edistyneiden LFP- ja tiivistetystilan akkujen tuotantomäärien vuoksi.

Lähde: Nature

Sijoittaminen kehittyneisiin akkuteknologioihin

Akkut ovat sähköistymisen trendin keskiössä, mikä on monen biljoonan dollarin suuruinen hanke, jonka tavoitteena on poistaa fossiiliset polttoaineet energialähteistämme.

Voit sijoittaa akkuun liittyviin yrityksiin monien välittäjien kautta, ja täältä, securities.io, löydät suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australian, Ison-Britannian, sekä monissa muissa maissa.

Jos et ole kiinnostunut valitsemaan yksittäisiä akkuyrityksiä, voit myös tarkastella akku‑ETF:iä, kuten Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X:n Lithium & Battery Tech ETF (LIT), tai WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen kasvavalle akku‑teollisuudelle.

Kehittyneet akkuyritykset

1. CATL (300750.SZ)

Olemme jo puhuneet CATL:n teknologisesta johdosta. Yritys on maailman johtava akkuvalmistaja, tuottaen yli puolet maailman akkumäärästä. Se on läsnä jokaisessa akkujen valmistuksen toimitusketjun vaiheessa ja on akkuteknologian johtaja.

Tämä pätee litiumioniakkuihin, joissa yritys on ollut pitkään vakiintunut johtaja. Nyt se vaikuttaa pieneltä verrattuna viimeisimpään ilmoitukseen.

CATL on myös aiemmin ilmoittanut vaikuttavasta edistyksestä useissa muissa akkutyypeissä:

• A 12 000‑syklin erittäin pitkäikäinen akku hyötykäyttöön suunnattuun energian varastointiin, 18 000‑syklin pitkän aikavälin tavoitteena.
• A 700 km LFP (Lithium Ferrum Phosphate) -akku, joka lataa 400 km:n toimintasäteen 10 minuutissa, nyt vaikuttaa pieneltä verrattuna viimeisimpään ilmoitukseen.
• A 500 Wh/kg, mahdollisesti mahdollistava matkustajalentojen sähköistämisen
• Massatuotanto 160 Wh/kg natriumioni‑akuille, tavoitteena 200 Wh/kg.

Lähde: CATL

Lähde: CATL

CATL on myös investoinut 3,25 Mrd. dollaria akku‑kierrätyskapasiteetteihin Kiinassa. CATL on erityisesti saavuttanut merkittävän talteenottoasteen 99,6 % nikkelille, koboltille, mangaanille ja 91 % litiumille.

Skaalan, keskittymisen ja T&K‑saavutusten ansiosta CATL todennäköisesti on akkuinnovoinnin, -valmistuksen ja -kierrätyksen eturintamassa.

Tämä tekee siitä keskeisen kumppanin sähköautonvalmistajille, mukaan lukien Tesla, NIO, Ford, Stellantis jne., Hyundain äskettäin lisätty CATL:n kasvavaan strategisten liittoutumien joukkoon.

Lisäksi yhdessä kemiassa opitut opit voivat olla sovellettavissa toiseen, joten saatamme pian nähdä hunajakenno‑ tai tiivistetystilan natriumioni‑akut esimerkiksi. Skaalaedut, jotka syntyvät puolen maailman akkujen tuotannosta, todennäköisesti koskevat koko yritystä riippumatta yksittäisen tuotteen käyttämästä teknologiasta.

2. BYD (BYDDY)

Pitkäaikainen Teslaa haastava BYD on noussut vakavaksi kilpailijaksi ei vain Teslaa vastaan, vaan lähes kaikille autonvalmistajille.

Yritys kehittyi alkuperäisestä litiumioni‑puhelinakkujen toimittajasta myymään lähes yhtä paljon sähköautoja kuin Tesla Kiinassa (maailman suurin sähköautomarkkina) ja ollen myydyin sähköauto Thaimaassa, Ruotsissa, Australiassa, Uudessa-Seelannissa, Singaporessa, Israelissa ja Brasiliassa.

BYD on suuri syy siihen, miksi Kiina yllättäen nousi maailman suurimmaksi autoviejäksi vuonna 2023, ohittaen Japanin. Yrityksen aggressiivinen ulkomaan laajentuminen tapahtuu myös uusien tehtaan kautta, kuten Unkarissa.

Ja $10 000‑$12 000 hintaluokassa julkaistavien autojen, kuten Seagul, myötä, jotka käyttävät natriumakkuja, voi avautua kokonaan uusi markkina BYD:n sähköautoille.

Lähde: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0,

Yhä edelleen ydinosa-akkutehdas, BYD on vakava haastaja CATL:lle LFP (litium-rauta-fosfaatti) -akumarkkinoilla, 41,1 % markkinaosuudella Kiinassa (verrattuna CATL:n 33,9 %:iin).

BYD:n tuottaman halvan sähköautojen “tulva” Euroopan ja Amerikan markkinoille todennäköisesti kohtaa jonkinasteista protektionismia (jopa äskettäin asetettujen tullien yläpuolella), mikä saattaa hidastaa BYD:n kasvua.

Mutta samaan aikaan halvat kiinalaiset sähköautot ovat jo suuri menestys muussa maailmassa, jossa ei ole merkittäviä kotimaisia autonvalmistajia suojeltavana, mukaan lukien koko Etelä-Amerikka, Venäjä, Afrikka, Lähi-itä ja Kaakkois-Aasia.

Tämä edustaa useita miljardeja potentiaalisia asiakkaita BYD:lle, jotka asuvat maissa, jotka haluavat ylläpitää geopoliittista tasapainoa ja hyviä suhteita sekä länteen että Kiinaan, joten on epätodennäköistä, että syntyisi liian vahvoja protektionistisia esteitä.

Ja jopa EU:ssa tai USA:ssa BYD saattaa pysyä kilpailukykyisenä, kiitos paikallisten sähköautovalmistajien paljon korkeampien hintojen verrattuna Kiinan hintoihin, sekä tuotannon lokalisoinnin Kiinasta pois näille markkinoille, esimerkiksi Itä-Euroopassa, Meksikossa tai Turkissa.