Et gjennombrudd innen energilagring: Selvladende superkondensator setter nye standarder for energieffektivitet

Den første uken av 2025 så solaksjer en fin oppgang da Tesla (TSLA ) kunngjorde sine rekordstore energilagringsutplasseringer.

I 2024 distribuerte elbilprodusenten, hvis energilagringsdivisjon produserer bolig- og kommersielle batterier for lagring av solenergi, 31,5 gigawattimer med energilagringsprodukter, mens nesten 35 % av dette (11 GWh) ble distribuert kun i Q4 2024.

Det kinesiske batteriproduktsselskapet Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), som leverer battericeller til Tesla, lanserte også sitt eget masseproduserbare energilagringssystem kalt TENER i fjor. Systemet har en kapasitet på 6,25 MWh og en energitetthet på 430 Wh/L, samtidig som det oppnår null degradering over fem år.

Disse store utviklingene innen energilagring er av kritisk betydning på grunn av den økende etterspørselen etter energi. Etterspørselen drives av den voksende verdensbefolkningen, urbanisering, økonomisk vekst og teknologiske fremskritt. Globalt strømforbruk, ifølge IEA, forventes faktisk å øke i raskere tempo de neste tre årene. Det vil vokse med et gjennomsnitt på 3,4 % årlig frem til 2026.

Her kan energilagringssystemer bidra til å møte den økende etterspørselen ved å støtte strømforsyning, overføring og distribusjon i nettet. Ved å gå over til lagringsmekanismer sikrer nettdriftoperatører nettets robusthet og pålitelighet. Det reduserer også avhengigheten av alternativer med høyere klimagassavtrykk (GHG).

Så, hva er egentlig energilagring? Vel, det er akkurat det navnet sier: lagring av energi. Måten det gjøres på er at produsert energi først fanges opp og deretter lagres for bruk på et senere tidspunkt, slik at etterspørsel og tilbud kan matches bedre.

Energi kommer nå i ulike former: elektrisk, termisk, kinetisk, kjemisk, stråling og gravitasjonell. Dette betyr at for å lagre energi må den først konverteres til en form som faktisk kan lagres, inntil den kan konverteres tilbake til elektrisk energi.

Et oppladbart batteri er en vanlig energilagringsenhet. Det finnes i telefonen din. Disse batteriene lagrer kjemisk energi som raskt omdannes til elektrisitet. Et annet populært og verdifullt eksempel er vannkraftdammen. Den utnytter energien fra flytende vann, genererer elektrisitet og lagrer den i et reservoar.

Fossilt brensel er også energilagring. De inneholder kjemisk energi fra sollys, fanget i planter og dyr som har blitt nedbrutt for millioner av år siden. 

Innovasjon innen energilagring

Energi er hjørnesteinen i den moderne industrielle økonomien. Den gir tross alt en essensiell komponent for nesten alle menneskelige aktiviteter, fra matlaging, oppvarming, belysning, helse, utdanning og transport til matproduksjon, industriell produksjon og mineralutvinning. Gitt hvor kritisk energi er for sivilisasjonen, er det stort fokus på energilagring. 

Termisk energilagring (TES) er en type som inkluderer faststoff, væske-luft og smeltet salt lagring. Den unike fordelen med denne teknologien er frakoblingen av oppvarmings- og kjølingsbehov fra umiddelbar kraftproduksjon og tilgjengelighet av forsyning.

Komprimert luftenergihåndtering er en annen måte å lagre energi på; luft komprimeres inn i lagertanker når etterspørselen etter elektrisitet er lav, og slippes ut når etterspørselen er høy. 

Hydrogenlagring er derimot en fremvoksende energilagringsteknologi. Nylig koblet Kina sitt største integrerte fotovoltaiske (PV)-hydrogenlagringsprosjekt i Jiangsu-provinsen til nettet og startet kraftproduksjon. Denne offshore-fasiliteten kombinerer hydrogenproduksjon, PV-strømproduksjon, påfylling og energilagring. Det forventes å redusere CO₂-utslipp med omtrent 309 400 tonn årlig, 1 125,3 tonn nitrogenoksid og 562,6 tonn svoveldioksid.

Batterier transformerer energilagring. De leder overgangen til et bærekraftig energisystem. Som den raskest voksende i sitt felt dominerer de kraftsektoren. Og takket være kontinuerlig innovasjon blir de smartere, bedre og billigere.

I banebrytende research fra noen år siden, som har vært under utvikling i nesten et tiår, laget forskere fra Chalmers teknologiskole og KTH Royal Institute of Technology i Sverige et strukturelt batteri som er 10 ganger bedre enn i noen tidligere eksperiment. Et strukturelt batteri er en energilagringsenhet som kan bære vekt som en del av en struktur. 

For batteriet deres la forskerne et bufferglass‑’stoff’ mellom en positiv og negativ elektrode, fylte det med en romalder‑polymer elektrolytt, og herdet det i ovnen, noe som resulterte i en robust, flat battericelle med en energitetthet på 24 Wh/kg, stivhet på 25 GPa, og som tåler strekktester i alle retninger. Dette «masseløse» strukturelle batteriet har hovedbruksområdet i elbiler, men kan også brukes i el‑sykler, satellitter, bærbare datamaskiner og fly.

For øyeblikket er forskere fokusert på å forbedre batteriet ytterligere, selv om kommersialisering ennå ikke er realisert.

For å skape bedre løsninger ser forskere nå på selvladende kraftsystemer. Disse systemene høster energi og lagrer den, noe som gjør dem svært nyttige i den neste teknologiske æraen, som vil bli preget av 5G-teknologi, tingenes internett (IoT) og kunstig intelligens (AI).

Disse selvladende energilagringsenhetene kan levere stabil, autonom og bærekraftig kraft for den neste industrielle revolusjonen.

Hittil har mange forsøk blitt gjort for å integrere ulike energihøstings‑teknologier med energilagringsenheter. Dette inkluderer solceller, termoelektriske generatorer, triboelektriske nanogeneratorer (TENGs) og piezoelektriske nanogeneratorer (PENGs). 

I en ny studie bygde forskere en høyytelses selvladende energilagringsenhet som kan lagre solenergi effektivt.

Den nye enheten forbedrer dramatisk ytelsen til eksisterende superkondensatorer ved å bruke elektrodmaterialer basert på overgangsmetaller. Forskerne utviklet videre en ny energilagringsteknologi ved å kombinere superkondensatorer med solceller for å oppnå høy ytelse.

Klikk her for å lære mer om fremtiden for energilagring.

Selvladende energilagringsenheter

For å møte etterspørselen etter neste generasjons høykapasitets energienheter som adresserer økende global energiforbruk og den økende avhengigheten av bærbare og smarte elektroniske enheter, har selvladende enheter dukket opp som en bærekraftig og selvstendig strømløsningsløsning.

En slik enhet som høster og lagrer solenergi er foto‑superkondensatoren, som kombinerer solceller og superkondensatorer. Silisiumsolceller konverterer solenergi til elektrisk energi, og en superkondensator lagrer denne energien. 

I den siste studien, som ble støttet av National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF)‑stipendet finansiert av den koreanske regjeringen (MSIT) og av DGIST R&D‑programmet, viste forskerne en ny selvladende energilagringsenhet som kombinerer silisiumsolceller og binære overgangsmetall‑superkondensatorer.

Krystallinsk silisium fotovoltaisk (PV)‑teknologi, som er den mest brukte PV‑teknologien, er faktisk et lovende verktøy for lagring av fornybar energi, ifølge ITRPV, som rapporterte at teknologien sto for så mye som 95 % av de totale 135 GW som ble installert i 2022.

Samtidig, blant solenergi‑enheter, får silisiumbaserte enheter stor oppmerksomhet som en dominerende kraftkilde for fremtiden. Dette skyldes deres høye konverteringseffektivitet, utvidede stabilitet, rikelige materialer, ikke‑giftighet og etablert produksjonsteknologi som støtter skalerbarhet.

Når det gjelder superkondensatorer, brukes de som lovende kandidater for å drive høyytelses enheter takket være deres høye pålitelighet, høye effekttetthet, lange sykluseliv og korte ladetid.

Som studien påpeker, er selvladende kondensatorer nødvendige på grunn av den raske økningen i bruken av bærbare elektroniske enheter. Dette har skapt et behov for et system som kan lades raskt når som helst og hvor som helst.

Deretter er den økende avhengigheten av fornybare energikilder for å beskytte miljøet og fremme bærekraftig utvikling. Ved å bruke solenergi reduserer selvladende systemer behovet for batteribytte samtidig som de muliggjør effektiv energiforsyning selv i områder med begrenset tilgang til strømnett.

En annen drivkraft for selvladende kondensatorer er den raske lade‑ og utladningsegenskapen til superkondensatorer, som gjør dem svært nyttige i nødsituasjoner eller scenarier hvor det er behov for høy kraftforbruk.

En høyytelses selvladende superkondensator

Gitt behovet for selvladende kondensatorer og deres mange fordeler, har den nyeste forskningen, publisert i tidsskriftet Energy i forrige måned, laget en selvladende enhet ved å kombinere en superkondensator med en Si‑solcelle.

For å designe elektrodene brukte forskerteamet en nikkel (Ni)‑basert karbonat‑ og hydroksidkompositt. Deretter tilførte teamet overgangsmetallioner som mangan (Mn), kobolt (Co), kobber (Cu), jern (Fe) og sink (Zn) for å maksimere ledningsevnen og stabiliteten til elektrodene.

Disse overgangsmetallionene gjør det mulig for teamet å løse problemet med redusert ledningsevne som oppstår ved kun bruk av Ni‑ioner. Innføringen av disse metallionene gjorde det mulig å lage binære forbindelser som elektrodmateriale, som ga høy elektrisk ledningsevne, reversibel kapasitet og strukturell stabilitet.

Dette har forbedret ytelsen til elektroden betydelig, og viser betydelige fremskritt i energi‑ og effekttetthet samt stabilitet ved lading og utlading.

Når det gjelder energilagring per enhetsvekt, oppnådde studien 35,5 Wh kg⁻¹, noe som overgår verdiene (5‑20 Wh kg⁻¹) registrert i tidligere studier. Når det gjelder energiflyt per enhet, er den 2555,6 W kg⁻¹, noe som igjen er langt høyere enn hva tidligere studier har oppnådd med 1000 W kg⁻¹.

Med mye høyere energitetthet og effekttetthet viser den nyeste studien evnen til å frigjøre høyere kraft raskt. På denne måten kan den asymmetriske superkondensatordelen levere umiddelbar energiforsyning, selv for høy‑effekt‑enheter.

Dette er ikke engang alt; denne høye ytelsen hadde minimal degradering ved gjentatte lade‑ og utladesykluser, noe som også gjør den egnet for langsiktig bruk.

Teamet kombinerte deretter denne enheten med silisiumsolceller, noe som gjør det mulig å lagre solenergi og bruke den i sanntid. Denne kombinasjonen oppnådde en energilagringseffektivitet på så mye som 63 % mens den generelle effektiviteten til enheten var 5,17 %, noe som bekrefter potensialet for kommersialisering og bidrar betydelig til fremdriften innen energilagringsteknologi.

«Denne studien er en betydelig prestasjon, da den markerer utviklingen av Koreas første selvladende energilagringsenhet som kombinerer superkondensatorer med solceller.»

– Jeongmin Kim, seniorforsker ved Nanoteknologidivisjonen ved DGIST

Kim bemerket videre at ved å bruke overgangsmetallbaserte komposittmaterialer har de kunnet overvinne begrensningene til energilagringsenheter og skape en bærekraftig energiløsning.

Men det er ikke slutten på studien, som Damin Lee, forsker ved RLRC ved Kyungpook National University, uttalte:

«Vi vil fortsette å gjennomføre oppfølgingsforskning for ytterligere å forbedre effektiviteten til den selvladende enheten og styrke dens potensial for kommersialisering.»

Selskaper engasjert i relaterte felt

La oss nå se på et par selskaper som leverer og videreutvikler energilagringsløsninger.

1. Tesla (TSLA )

Denne elbilprodusenten er også sterkt involvert i energilagringsmarkedet. Dens energiprodukter inkluderer Powerwall og Megapack, som integrerer avanserte energilagringsløsninger.

Med en markedsverdi på 1,318 billioner dollar er Tesla verdens 8. største selskap, mens administrerende direktør Elon Musk, som også er involvert i X (tidligere Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink og The Boring Company, er verdens rikeste mann med en nettoformue på 437 billioner dollar.

Per nå handles Teslas aksje til $412,82, noe som er en oppgang på 1,63 % i år. Denne grønne starten på 2025 for selskapets aksjer kommer etter et strålende 2024, hvor aksjene steg med omtrent 67 % i verdi. 

Interessant nok har mesteparten av Teslas gevinster kommet i de siste to månedene av året, med en prisøkning på 75 % etter at presidentkandidat Donald Trump vant presidentvalget i USA i 2025. Musk var faktisk den største giveren i valgsyklusen, og brukte minst $277 millioner på å støtte Trump og andre republikanske kandidater.

Med Trump som tiltrer embetet senere denne måneden, vil det helt sikkert komme positive utviklinger for Tesla. Allerede før det rapporterte selskapet om å ha produsert omtrent 459 000 kjøretøy og levert over 495 000 enheter i Q4 2024. Med dette er Teslas totale produksjon for 2024 på 1 773 443 kjøretøy, mens leveransene nådde 1 789 226 enheter. Likevel møtte de økt konkurranse fra den kinesiske giganten BYD og amerikanske etablerte bilprodusenter som Ford.

De fullstendige finansresultatene for Q4 2024, inkludert nettoresultat og kontantstrøm, vil bli kunngjort av Tesla 29. januar 2025. I forrige kvartal rapporterte selskapet $25,18 milliarder i inntekter og $2,17 milliarder i nettoresultat. I denne perioden økte Teslas bilinntekter med 2 % til $20 milliarder sammenlignet med Q3 2023, mens inntektene fra energiproduksjon og -lagring steg med 52 % til $2,38 milliarder.

Dens energilagringsutplasseringer i Q4 satte imidlertid en ny rekord på 11,0 GWh og et enestående 31,4 GWh for hele året. Til sammenligning deployerte Tesla 14,7 GWh energilagring året før, noe som var dobbelt så mye som tallene for 2022. I 2020 var Teslas energilagringsutplasseringer kun 3,0 GWh, noe som indikerer en ti‑ganger økning i selskapets lagringskapasitet på bare fire år.

Disse tallene kom samtidig som Teslas gigafabrikk i Shanghai startet prøveproduksjon denne uken, med masseproduksjon forventet tidlig i år.

2. Enphase Energy

Det globale energiteknologiselskapet, som aktivt utvider sin markedsrekkevidde både nasjonalt og internasjonalt, spesialiserer seg på solenergiløsninger. Dette inkluderer mikroinvertere som konverterer solenergi til elektrisitet, samt energilagringssystemer for bolig- og kommersielle anvendelser.

Med en markedsverdi på $9,74 milliarder handles ENPH-aksjene for tiden til $72,15, opp over 5 % allerede i år. Disse gevinstene følger et skuffende 2024, da aksjene falt mer enn 46 %. ENPHs topp var i desember 2022, da aksjekursen nådde $339. Enphase Energy (ENPH ) har en EPS (TTM) på 0,44 og en P/E (TTM) på 164,01.

For Q3 2024 rapporterte selskapet en inntekt på $380,9 millioner. Regionelt steg inntektene i USA med 43 % sammenlignet med forrige kvartal da lagerbeholdningen normaliserte, mens inntektene i Europa falt med 15 % på grunn av ytterligere etterspørselsnedgang. Enphase sendte totalt 1 731 768 mikroinvertere i dette kvartalet, noe som tilsvarer 730 megawatt DC og 172,9 megawatt‑timer med IQ®‑batterier.

For Q4 anslår Enphase Energy at inntektene vil ligge mellom $360 millioner og $400 millioner, med leveranser på 140 til 160 MWh IQ‑batterier. Det netto IRA‑fordelen forventes imidlertid å være mellom $38‑$41 millioner.

Inflation Reduction Act (IRA) ble introdusert under Biden-administrasjonen med tverrpolitisk støtte. Pakken på $369 milliarder, som ble vedtatt som lov i 2022, ga insentiver for fornybar energi gjennom skattefradrag, tilskudd og investeringer. Dette har vært en spillveksler for sektoren for fornybar energi.

Ved slutten av Q3 hadde Enphase Energy $1,77 milliarder i kontanter, kontantekvivalenter og lett omsettelige verdipapirer, mens fri kontantstrøm var $161,6 millioner. Selskapet genererte samtidig $170,1 millioner i kontantstrøm fra driften.

I denne perioden lanserte selskapet også AI‑basert programvare for å forbedre forbrukernes forståelse av energiforbruk og hjelpe dem med å maksimere besparelsene i det stadig mer komplekse energiprismarkedet ved å integrere sol- og forbrukestimat med strømpriser.

Konklusjon

Med den globale energietterspørselen som fortsetter å øke betydelig, i et tempo raskere enn noen gang før, på grunn av intense hetebølger, robust økonomisk vekst og selvfølgelig den økende adopsjonen av teknologier som elbiler og AI, er det behov for energilagringsløsninger som kan bidra til å møte denne etterspørselen. 

Her representerer utviklingen av høyytelses selvladende energilagringsenheter et stort skritt i fremdriften av energilagringsteknologi og i å møte den globale energietterspørselen. Selv om de ennå ikke er kommersialisert, kan slike innovasjoner bidra til å sikre en stabil og pålitelig energiforsyning og låse opp stort potensial for integrering av fornybar energi!

Klikk her for en liste over de beste batteriaksjene.