Energie
Is de batterijcapaciteit van uw EV afgenomen? De schuld ligt bij waterstof
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Batterijen verliezen energie
Even na tientallen jaren van gebruik in elektronica – en nu in EV’s – begrijpen we lithium‑ionbatterijen nog steeds niet volledig. Een voorbeeld hiervan is de neiging van batterijen om na verloop van tijd zelfontlading te vertonen. Dit probleem wordt na verloop van tijd groter en is een belangrijke reden waarom batterijen in de meeste gevallen na 7‑10 jaar hun nuttige levensduur bereiken.
Zelfontlading is ook een probleem voor batterijchemieën die geen kobalt gebruiken, waardoor hun adoptie wordt beperkt, zelfs als kobalt duur is en wordt geproduceerd onder omstandigheden die vaak de mensenrechten schenden.
Tot voor kort gingen wetenschappers ervan uit dat zelfontlading gekoppeld was aan lithiumionen (zie hieronder voor meer details). Maar het lijkt dat dit niet waar was.
Onderzoekers hebben onlangs hun bevinding gepubliceerd dat protonen (waterstofkernen) daadwerkelijk verantwoordelijk zijn voor zelfontlading. Dit opent de weg naar nieuwe ontwerpen en methoden om het probleem te mitigeren, wat de toekomstige batterijen mogelijk aanzienlijk kan verbeteren.
Ze publiceerden hun bevindingen in het prestigieuze tijdschrift Science onder de titel “Solvent-mediated oxide hydrogenation in layered cathodes”.
Dit werd bereikt door een grootschalige samenwerking waarbij onderzoekers van de University of Colorado, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Argonne National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, University of Houston, National Renewable Energy Laboratory, Oregon State University, Stanford University, Lawrence Berkeley National Laboratory en National Taiwan University werden samengebracht.
Het vorige paradigma
Lithiumbatterijen werken door lithiumionen van de anodeszijde naar de kathodeszijde te verplaatsen via een elektrolyt. Deze stroom creëert een elektrische stroom. Het proces wordt omgekeerd bij het opladen van de batterij.
Bron: ResearchGate
Tot nu toe werd aangenomen dat zelfontlading gekoppeld was aan lithiumionen die in de kathode vastzaten, waardoor ze bij het opladen niet terugkeerden naar de anode, wat het aantal beschikbare ionen voor het genereren van stroom verminderde.
Dit stond centraal bij het verbeteren van lithium‑ionontwerpen, met talrijke pogingen om de stroom van lithiumionen te optimaliseren en hun terugkeer naar de anode zo perfect mogelijk te maken. Het lijkt echter dat dit niet het daadwerkelijke probleem is.
Waterstof neemt lithiumplaatsen in
De onderzoekers konden het batterijmateriaal grondig analyseren met behulp van een krachtige röntgenmachine bij het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie in Illinois.
Daarbij ontdekten ze dat waterstofmoleculen uit de elektrolyt van de batterij in het kathodemateriaal zouden bewegen en de plekken van de lithiumionen innamen. Dit veroorzaakte een afname van de beschikbare ruimte voor lithiumionen, waardoor de batterijcapaciteit werd verminderd.
Dit gebeurt voornamelijk in de gelaagde overgangsmetaaloxide van de kathode.
Bovendien beschadigt dit proces de kathode fysiek, veroorzaakt scheuren en versnelt de degradatie van de batterij.
Dus niet alleen verkorten de waterstofprotonen de levensduur van de batterij door de capaciteit te verminderen, maar ook door directe schade te veroorzaken die tot nu toe werd toegeschreven aan lithiumionen.
Direct potentieel
Het oplossen van EV-beperkingen
Een belangrijke beperking bij de adoptie van EV’s en de overstap naar kobaltvrije batterijen is dat alternatieve chemische samenstellingen een relatief lager bereik hebben. Voor sommige bestuurders is dit een onaanvaardbare beperking vergeleken met brandstofauto’s.
De zorg dat het batterijpakket minder lang meegaat dan de rest van de auto, wat leidt tot onvoorspelbare extra kosten, is eveneens een belangrijke belemmering voor velen om over te stappen op EV’s. Vooral omdat de meeste EV-modellen nog steeds enigszins duurder zijn om aan te schaffen.
Deze korte levensduur is ook een ecologische zorg, omdat het betekent dat er meer materiaal moet worden gedolven, er meer energie wordt verbruikt voor de productie van de batterijen en er meer inspanningen nodig zijn voor recycling.
De levensduur van kathodes verbeteren
Nu we weten dat waterstof, niet lithium, verantwoordelijk is voor de degradatie van de kathode, is de kans groter dat we effectieve oplossingen vinden. De onderzoekers bespreken bijvoorbeeld het gebruik van een speciale coating op de kathode die de waterstofmoleculen kan blokkeren.
Een andere optie zou zijn om verschillende elektrolyten te gebruiken die van nature geen waterstof genereren.
Vaste‑stroombatterijen
Dit is ook een bemoedigende ontdekking voor vaste‑stroombatterijen. Aangezien deze ontwerpen helemaal geen elektrolyt gebruiken, zouden ze volledig immuun kunnen zijn voor de problemen die worden veroorzaakt door waterstof die uit de elektrolyt ontstaat.
Op zichzelf zou dit een deel van de opmerkelijke prestaties van vaste‑stroombatterijen kunnen verklaren.
Investeren in geavanceerde batterijtechnologieën
Batterijen staan centraal in de elektrificatietrend, een enorme multi‑triljard dollar onderneming die erop gericht is fossiele brandstoffen uit onze energiebronnen te verwijderen. Betrouwbaardere, goedkopere of duurzamere batterijen zullen centraal staan in de inspanning om ons energiesysteem te ‘groener’ te maken.
U kunt via vele brokers investeren in bedrijven die zich met batterijen bezighouden, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, en vele andere landen.
Als u niet geïnteresseerd bent in het selecteren van specifieke batterijbedrijven, kunt u ook kijken naar batterij‑ETF’s zoals Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), of de WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de groeiende batterijindustrie.
Of u kunt ons artikel bekijken over \”Top 10 batterij aandelen om in te investeren\” en \”Top 10 batterijmaterialen & duurzame energie mijnbouw aandelen\”.
Geavanceerde batterijbedrijven
1. CATL (300750.SZ)
We hebben al gesproken over de technologische voorsprong van CATL. Het bedrijf is de wereldleider in batterijproductie en produceert meer dan de helft van het wereldwijde batterijvolume. Het is aanwezig in elke stap van de toeleveringsketen voor batterijproductie en is een leider op het gebied van batterijtechnologie.
Dit geldt voor lithium‑ionbatterijen, waar het bedrijf al lange tijd een gevestigde leider is. Nu lijkt het klein in vergelijking met de nieuwste aankondiging.
- Een 12.000‑cycli ultra‑langlevende batterij voor grootschalige energieopslag, met 18.000 cycli als langetermijndoel.
- Een 700 km LFP (Lithium‑ijzerfosfaat) batterij die 400 km bereik oplaadt in 10 minuten, ziet er nu klein uit in vergelijking met de nieuwste aankondiging.
- Een 500 Wh/kg, die mogelijk de elektrificatie van passagiersvliegtuigen mogelijk maakt.
- Massaproductie van 160 Wh/kg natrium‑ionbatterijen, met een doel van 200 Wh/kg.
Bron: CATL
CATL heeft ook 3,25 miljard geïnvesteerd in batterijrecyclingcapaciteit in China. CATL heeft opmerkelijk een herstelpercentage behaald van 99,6 % voor nikkel, kobalt, mangaan en 91 % voor lithium.
Dankzij haar schaal, focus en R&D-prestaties zal CATL waarschijnlijk vooroplopen in batterijinnovatie, -productie en -recycling.
Dit maakt het een belangrijke partner voor EV-fabrikanten, waaronder Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, enz., waarbij Hyundai recentelijk is toegevoegd aan de groeiende lijst van strategische allianties van CATL.
Bovendien kunnen de lessen die in één chemie zijn geleerd, toepasbaar zijn op een andere, dus we zouden binnenkort bijvoorbeeld honingraat- of geconsolideerde natrium‑ionbatterijen kunnen zien. De schaalvoordelen van het produceren van de helft van de wereldbatterijen zijn waarschijnlijk ook van toepassing op het hele bedrijf, ongeacht de specifieke technologie die in een individueel product wordt gebruikt.
2. BYD (BYDDY)
Een langdurige uitdager van Tesla op de EV-markt, is BYD uitgegroeid tot een serieuze concurrent, niet alleen voor Tesla maar voor vrijwel alle autofabrikanten.
Het bedrijf is geëvolueerd van leverancier van lithium‑ion telefoonbatterijen tot het verkopen van bijna evenveel EV’s als Tesla in China (de grootste EV-markt ter wereld) en het best verkochte EV in Thailand, Zweden, Australië, Nieuw‑Zeeland, Singapore, Israël en Brazilië.
BYD is een grote reden waarom China plotseling in 2023 ‘s werelds grootste auto‑exporteur werd, waarmee Japan werd ingehaald. De agressieve overseas expansie van het bedrijf wordt ook ondersteund door nieuwe fabrieken, zoals in Hongarije.
En met de introductie van auto’s van $10.000‑$12.000 zoals de Seagul, die natriumbatterijen gebruiken, zou een geheel nieuwe markt kunnen opengaan voor BYD‑EV’s.
Nog steeds een batterijproducent in de kern, is BYD een serieuze uitdager voor CATL op de LFP (lithium‑ijzerfosfaat) batterijenmarkt, met een marktaandeel van 41,1 % in China (vergeleken met 33,9 % van CATL).
De “overstroming” van goedkope EV’s die BYD produceert voor de Europese en Amerikaanse markten zal waarschijnlijk worden geconfronteerd met een zekere mate van protectionisme (zelfs boven de recent opgelegde tarieven), wat de groei van BYD kan belemmeren.
Maar tegelijkertijd zijn goedkope Chinese EV’s al een groot succes in de rest van de wereld, waar weinig binnenlandse autofabrikanten zijn om te beschermen, waaronder heel Zuid‑Amerika, Rusland, Afrika, het Midden‑Oosten en Zuidoost‑Azië.
Dit vertegenwoordigt enkele miljarden potentiële klanten voor BYD, die wonen in landen die een geopolitiek evenwicht willen vinden en goede betrekkingen willen behouden met zowel het Westen als China, waardoor het onwaarschijnlijk is dat er te sterke protectionistische barrières worden gecreëerd.
En zelfs in de EU of de VS kan BYD concurrerend blijven, dankzij de veel hogere prijzen van lokale EV‑fabrikanten vergeleken met de prijzen in China, evenals de lokalisatie van de productie buiten China voor deze markten, bijvoorbeeld in Oost‑Europa, Mexico of Turkije.
