Energi
Hydrogenets rolle i selvutlading av litiumionbatterier
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Hydrogenets rolle i selvutlading av litiumionbatterier
Litiumionbatterier er mye brukt, men enkelte nedbrytningsprosesser undersøkes fortsatt. Selvutlading betyr at lagret ladning går tapt uten at batteriet leverer strøm til en ytre last. Dette må skilles fra varig kapasitetstap, selv om prosessene kan henge sammen. Levetiden er ikke generelt begrenset til sju til ti år.
Selvutlading og materialstabilitet er også relevant ved utvikling av katoder med mindre eller uten kobolt. Kostnader, råvaretilgang og arbeidsforhold i forsyningskjeden er andre grunner til å vurdere alternative materialer.
Tidligere modeller har blant annet lagt vekt på litiumioner som beveger seg fra elektrolytten inn i katoden. En ny studie undersøker en annen reaksjonsvei.
Forskerne viste at hydrogenoverføring fra karbonatholdige løsemidler kan gi selvutlading og nedbrytning i undersøkte lagdelte oksidkatoder. Det betyr ikke at protoner er den eneste årsaken til selvutlading i alle batterier.
Resultatene ble publisert i Science under tittelen «Solvent-mediated oxide hydrogenation in layered cathodes».
Studien var et internasjonalt samarbeid med forskere fra blant annet University of Colorado Boulder, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC, Argonne, Pacific Northwest National Laboratory, University of Houston, NREL, Oregon State University, Stanford, Lawrence Berkeley National Laboratory og National Taiwan University.
Det tidligere paradigmet
Ved utlading beveger litiumioner seg gjennom elektrolytten fra den negative til den positive elektroden, mens elektroner går gjennom den ytre kretsen. Ved lading drives prosessene motsatt vei.
Kilde: ResearchGate
Den tidligere modellen som omtales i studien, gjelder diffusjon av litiumioner fra elektrolytten inn i katoden under selvutlading. Dette er ikke det samme som at ionene bare blir sittende fast etter vanlig utlading.
Litiumtransport og andre nedbrytningsreaksjoner er fortsatt viktige. Funnene supplerer forståelsen; de gjør ikke alt tidligere arbeid med litiumioner irrelevant.
Hydrogenoverføring til katoden
Forskerne brukte blant annet røntgenbaserte analyser ved USAs energidepartements Argonne National Laboratory i Illinois for å undersøke materialendringene.
Hydrogen kunne overføres fra elektrolyttens karbonatløsemidler til den delitierte katoden, altså materiale der litium var fjernet ved lading. Det dreier seg ikke ganske enkelt om hydrogengass som fyller alle ledige plasser.
Den undersøkte reaksjonsveien gjaldt lagdelte overgangsmetalloksider i katoden.
Ujevn fordeling av protoner og litiumioner kan bidra til kjemiske og strukturelle forskjeller i materialet og dermed raskere nedbrytning.
Studien knytter derfor hydrogenoverføring til både selvutlading og materialendringer. Den viser ikke at alle skader som tidligere ble knyttet til litium, egentlig skyldes hydrogen.
Mulige praktiske følger
Løse begrensningene for elbiler
Enkelte koboltfrie batterikjemier har lavere energitetthet enn bestemte nikkelrike alternativer. Rekkevidde avhenger likevel også av batteristørrelse, kjøretøy og bruk; funnet gjelder ikke alle koboltfrie batterier.
Bekymring for batterilevetid og utskiftingskostnader kan påvirke kjøpsbeslutninger. Risikoen varierer med modell, garanti, bruk og temperatur.
Lengre levetid kan redusere material- og energibehov per levert tjeneste, men miljøvirkningen må vurderes over hele livsløpet.
Forbedring av katodens levetid
Bedre forståelse av hydrogenoverføringen kan gjøre det mulig å begrense den. Forslag omfatter beskyttende belegg og elektrolytter som reduserer den aktuelle reaksjonen.
Slike tiltak må prøves sammen med batteriets øvrige ytelse, sikkerhet og produksjonskrav.
Faststoffbatterier
Faststoffbatterier har også en elektrolytt, men den er fast i stedet for flytende. Valg av elektrolytt kan endre reaksjonsveiene, men studien viser ikke at alle faststoffbatterier er immune mot hydrogenrelatert eller annen nedbrytning.
Investere i avanserte batteriteknologier
Batterier er viktige for elektrifisering og energilagring. Mer holdbare, rimelige og effektive løsninger kan støtte energiomstillingen, men teknologiutvikling innebærer fortsatt økonomisk og teknisk risiko.
Batterirelaterte aksjer kan handles gjennom ulike meglere. Her på securities.iofinnes sammenligninger for blant annet USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.
Et alternativ til enkeltaksjer er batterirelaterte ETF-er, som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global Xs Lithium & Battery Tech ETF (LIT)eller WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF . Fondene har ulike porteføljer, kostnader og risikoer. Spredning av investeringer garanterer ikke gevinst.
Se også artiklene «Ti batteriaksjer å undersøke» og «Ti gruveaksjer innen batterimetaller og fornybar energi».
Avanserte batteriselskaper
1. CATL (300750.SZ)
CATL er en stor batteriprodusent med virksomhet gjennom flere deler av verdikjeden. Selskapets andel av det globale markedet for installerte elbilbatterier var rundt 36,8% i 2023, ikke over halvparten av alle batterier i verden.
Selskapet har kunngjort flere teknologier og mål. Tallene nedenfor gjelder forskjellige produkter og testbetingelser og kan ikke uten videre kombineres:
- En stasjonær lagringsløsning med oppgitt levetid på 12 000 sykluser og 18 000 som utviklingsmål; varigheten avhenger av bruks- og testbetingelser.
- Shenxing, et litiumjernfosfatbatteri, LFP, med oppgitt støtte for rundt 700 km rekkevidde og lading tilsvarende 400 km på ti minutter under angitte forhold. Reell rekkevidde og ladetid avhenger av kjøretøy, temperatur, ladetilstand og ladeanlegg.
- En kondensert batteriteknologi med oppgitt energitetthet på opptil 500 Wh/kg, som undersøkes blant annet for luftfart.
- Første generasjon natriumionbatterier med oppgitt energitetthet på 160 Wh/kg og et videre mål på 200 Wh/kg. Annonsering og utviklingsmål må skilles fra dokumentert produksjon i stor skala.
Kilde: CATL
CATL kunngjorde også en investering på rundt 3,25 milliarder euro i gjenvinningskapasitet i Kina. Selskapet oppgir gjenvinningsrater på 99,6% for nikkel, kobolt og mangan og 91% for litiumi sine aktuelle prosesser. Dette er ikke det samme som innsamlingsgraden for alle brukte batterier.
Størrelse og forskning kan gi CATL fordeler, men sikrer ikke at selskapet leder på alle teknologier eller får lønnsomhet fra hvert prosjekt.
CATL leverer batterier til flere bilprodusenter, blant annet Tesla (TSLA ), og har ulike samarbeid med andre produsenter. Samarbeid med Hyundai inngår også i selskapets annonserte allianser.
Erfaring fra én kjemi kan noen ganger overføres til en annen, men natriumionbatterier med bestemte strukturer følger ikke automatisk av fremskritt innen litiumbatterier. Skalafordeler må vurderes mot kostnader og produksjonsutfordringer.
2. BYD (BYDDY)
BYD er en stor kinesisk bil- og batteriprodusent og en viktig konkurrent i markedet for elektrifiserte kjøretøy.
Selskapet startet som batteriprodusent og har vokst til en stor leverandør av både helelektriske biler og ladbare hybrider. Markedsrangeringer må angi land, periode og kjøretøykategori; det er ikke riktig å kalle BYD størst i alle landene som nevnes.
BYD har bidratt til Kinas voksende bileksport. Selskapet har også planlagt og etablert produksjon utenfor Kina, blant annet et anlegg i Ungarn.
Seagull, med en lav kinesisk introduksjonspris, bruker LFP-batterier av Blade-typen, ikke natriumionbatterier. Prisene på eksportmarkeder påvirkes av avgifter, utstyr og andre kostnader.
BYD er også en stor LFP-batteriprodusent. Tallene 41,1% for BYD og 33,9% for CATL i artikkelen gjelder en bestemt kinesisk LFP-opptelling, ikke det globale markedet for alle batterityper. Uten tydelig periode kan de ikke brukes som en aktuell generell rangering.
Toll og andre handelsregler kan begrense BYDs ekspansjon. Hvilke vilkår som gjelder, varierer mellom markeder og over tid.
Etterspørselen i Sør-Amerika, Afrika, Midtøsten og Sørøst-Asia kan gi muligheter. Flere av disse markedene har imidlertid lokal bilproduksjon, industripolitikk og egne handelshindre.
Store befolkninger er ikke det samme som like mange betalingsdyktige bilkunder. Politikk, inntekter, ladeinfrastruktur og konkurranse påvirker salget.
Lokal produksjon kan redusere enkelte hindringer, men fjerner ikke alle kostnader eller regler. Prosjekter og planer i Europa, Mexico eller Tyrkia må vurderes hver for seg og er ingen garanti for adgang til EU- eller USA-markedet.
