Energi

Honningkakebatteri som potensielt kan overgå solid‑state‑batterier

mm
Publisert
Oppdatert
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Opplysning: Securities.io kan motta betaling når du bruker lenker til produkter vi vurderer. Dette påvirker ikke våre redaksjonelle vurderinger. Vi er ikke en registrert investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsråd. Les vår affiliateopplysning.

Batterier for å elektrifisere verden

Batteriteknologi endrer transport, elektronikk og energisystemer. Elbiler og droner er tydelige eksempler, mens enkelte andre anvendelser, som Hyperloop og elektromagnetiske utskytningssystemer for romfart, fortsatt er forslag eller utviklingsprosjekter. Batterier er ikke den eneste mulige energikilden for slike systemer.

Batterier kan også bidra til å balansere sol- og vindkraft. Hvor lenge de kan levere strøm, avhenger av lagret energi, effekt og driftsforhold.

Kilde: Statista

Litiumionteknologien har vært sentral i denne utviklingen og ble anerkjent med Nobelprisen i kjemi i 2019 (les mer om oppdagelseshistorien i vår egen artikkel).

Litiumionbatterier eldes gjennom flere mekanismer. Under visse forhold kan metallisk litium avsettes og danne strukturer som bidrar til kortslutning. Dette skjer ikke nødvendigvis ved hver ladesyklus i alle celler. Brennbare elektrolytter kan forverre en feil og føre til termisk rømling.

LFP betyr litiumjernfosfat og er en type litiumionkjemi. Den har andre termiske egenskaper enn enkelte nikkelbaserte kjemier, men er ikke helt uten aldrings- eller brannrisiko.

Kilde: Nobel Prize

Alternativer omfatter natriumionbatterier og faststoffbatterier. Faststoffbatterier har en fast elektrolytt; de mangler ikke elektrolytt helt.

CATL har presentert nye batteridesign, blant annet et tredimensjonalt bikakemønster i anodematerialet til Shenxing PLUS. Selskapets påstand om null kapasitetstap de første fem årene gjelder derimot TENER-systemet og er ikke en ferdig femårig driftstest av den samme elbilcellen.

Teknologien skal forbedre energitetthet og lading innenfor litiumionplattformen. Sammenligninger med faststoff krever at man skiller celle- og systemnivå samt kommersielle produkter og prototyper.

Bikakestrukturer for bedre batteriytelse

Volumendringer i elektrodematerialer under lading og utlading kan bidra til mekanisk slitasje. Litiumavsetning og dendritter påvirkes også av kjemi, strøm, temperatur og andre forhold.

Mekaniske endringer er også en utfordring for enkelte faststoffdesign. CATL beskriver en tredimensjonal bikakestruktur i anodematerialet som én del av forbedringene i Shenxing PLUS.

Bikakestrukturer er undersøkt i tidligere forskning, blant annet i artikkelen fra 2020 med tittelen «Strekkbart litiumionbatteri basert på en ny mikrobikakestruktur». Dette er ikke dokumentasjon på at forskernes struktur er identisk med CATLs produkt.

Kilde: Phys.org

Selskapet presenterte et LFP-batterisystem som etter selskapets målemetode kan tilføre rekkevidde tilsvarende 600 km på ti minutter. Oppgitt samlet rekkevidde er over 1 000 km i et egnet kjøretøy. Faktisk rekkevidde og ladetid avhenger av bil, temperatur, kjøremønster og lader.

600 km på ti minutter tilsvarer i gjennomsnitt én kilometer oppgitt rekkevidde per sekund i den aktuelle delen av ladingen. Det kan ikke lineært omregnes til fullading av 1 000 km på 16,6 minutter, fordi ladeeffekten endres med ladenivået.

Høyere energitetthet

CATL oppga at Shenxing PLUS nådde en energitetthet på 205 Wh/kg på systemnivå. Dette må ikke forveksles med energitetthet for en enkelt celle.

Bikakestrukturen er ett av tiltakene selskapet beskriver for bedre utnyttelse av anodematerialet. Det betyr ikke at all sprekkdannelse eller volumendring er eliminert.

Fullstendige produksjonsdetaljer er ikke offentlig tilgjengelige. Konkurransen er sterk, og det ble også omtalt forventninger om en ny generasjon Blade-batterier fra BYD med rundt 190 Wh/kg. En forventning eller lekkasje er ikke en verifisert produktspesifikasjon.

Materialer og produksjon

CATL omtaler blant annet partikkelgradering, nanometerbelegg og belegg som letter transport av litiumioner. Dette er ikke det samme som at hver nanopartikkel kan plasseres nøyaktig hvor som helst i cellen.

Selskapet beskriver sterkt automatisert produksjon og høyt gjennomløp ved enkelte fabrikker. En produksjonstakt på én celle i sekundet må knyttes til den aktuelle linjen og celletypen.

En vitenskapelig artikkel fra 2021 viser egenskaper ved bestemte bikakelignende materialer, blant annet lav tetthet og motstand mot kompresjon og skjær. Resultatene er ikke automatisk gyldige for alle batteridesign.

I studerte grafen- og silisiumstrukturer kan slik organisering redusere agglomerering, bedre ledningsevne og lette ionetransport.

Termiske og kjemiske behandlinger kan lage porøse nanostrukturer. Dette fastslår ikke hvilken konkret prosess CATL bruker industrielt.

Andre forbedringer

Forbedringer i materialer og konstruksjon kan øke energitettheten og redusere nødvendig batterimasse eller volum. Den samlede virkningen avhenger av resten av kjøretøyet og sikkerhetssystemene.

CATL fremhever også celle-til-karosseri-teknologi, CTB, og oppgir omtrent 7% bedre volumutnyttelse. Dette er et annet mål enn energitetthet per kilogram.

Selskapet omtaler dessuten mer effektiv kjøling og algoritmer for batteristyring. Slike tiltak kan bedre drift og overvåking, men garanterer ikke at alle feil blir forhindret.

Ladeinfrastruktur

Ladeinfrastrukturens dekning, effekt og kapasitet kan begrense elbilbruk. Behovet er ikke nødvendigvis et nett med nøyaktig like mange punkter som bensinstasjoner, siden mange biler også lades hjemme eller på arbeidsplassen.

Hurtiglading krever passende ladere og strømtilførsel. En ladehastighet på 4C for et batteri på 100 kWh tilsvarer i størrelsesorden 400 kW, men er ikke en garanti for konstant effekt eller fullading på et bestemt antall minutter.

CATL kunngjorde samarbeid om et Shenxing-ladenettverk i Kina med blant andre Star Charge, YKC og Shudao New Energy.

Planen omfattet rundt 600 servicepunkter i 271 byer på prefekturnivå i 31 regioner på provinsnivå. Dette var et utbyggingsmål, ikke dokumentasjon på at alle punktene allerede var i drift.

Utover LFP og elbiler

Stasjonær lagring i stor skala

CATL utvikler også store stasjonære batterisystemer. Litiumbaserte og natriumbaserte løsninger kan ha ulike roller; en ny produktlansering betyr ikke at alle andre kjemier er oppgitt.

TENER ble lansert i april 2024. CATL oppga null tap av kapasitet og effekt de første fem årene under spesifiserte forhold. Dette var en produktpåstand, ikke en avsluttet femårig pilotdrift.

Kilde: Sustainability Environment

Det er ikke offentlig fastslått at Shenxing PLUS-bikakestrukturen også brukes i TENER. For TENER fremhevet CATL andre tiltak:

Selskapet beskrev biomimetiske ionekanaler og et stabilt SEI-grensesjikt sammen med selvorganiserende elektrolyttteknologi. Selskapet hevdet at dette bidrar til å styre reaktiviteten og redusere risiko for termisk ustabilitet. Markedsføringsuttrykket «tidløst» betyr ikke et batteri med uendelig levetid.

Hvis den oppgitte levetidsytelsen oppnås i drift, kan den forbedre økonomien ved stasjonær lagring. Lavt kapasitetstap er likevel ikke alene bevis på full sikkerhet eller fravær av alle vedlikeholdskostnader.

Andre kjemier kan fortsatt være konkurransedyktige, som omtalt i «Fremtidens energilagring – batteriteknologi i stor skala». Markedets størrelse og hvilke teknologier som vinner frem, avhenger av kostnad, behov og utbygging.

Kondensert tilstand

CATLs «condensed battery» ble presentert i 2023. Det er ikke dokumentert her at bikakestrukturen er årsaken til denne teknologiens egenskaper.

Selskapet oppga opptil 500 Wh/kg på cellenivå. En direkte sammenligning med 205 Wh/kg på systemnivå blander ulike mål og gir derfor ikke et rettvisende forholdstall.

Pris, sertifisering og tidspunkt for bred tilgjengelighet var ikke fastslått i opplysningene som omtales her. CATL arbeider med flere produktspor:

  1. «Condensed battery» med oppgitt celletetthet opptil 500 Wh/kg, blant annet med sikte på luftfart. Det er ikke et allerede sertifisert passasjerflybatteri.
  2. LFP-systemer som Shenxing PLUS med oppgitt energitetthet på 205 Wh/kg og høy ladehastighet under egnede forhold.
  3. Natriumionbatterier som mulig alternativ for enkelte rimeligere kjøretøy og andre anvendelser.

Faststoffbatterier vil konkurrere med videreutviklede eksisterende teknologier. Den første generasjonen kan møte kostnads- og produksjonsutfordringer, men utfallet er ikke avgjort.

Kilde: Nature

Investering i avanserte batteriteknologier

Batterier er viktige for elektrifisering av transport og energisystemer. Omstillingen krever store investeringer, men garanterer ikke avkastning for hver batteriprodusent.

Informasjon om meglere for batterirelaterte investeringer finnes på securities.io, blant annet for USA, Canada, Australia, Storbritannia, og flere andre land.

Alternativer til enkeltaksjer omfatter fond som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Lithium & Battery Tech ETF (LIT) og WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF . Fondene har ulik sammensetning og risiko; navnene innebærer ikke ren eksponering mot én batteriteknologi.

Avanserte batteriselskaper

1. CATL (300750.SZ)

CATL er en av verdens største batteriprodusenter. Selskapets andel på 36,8% i 2023 gjaldt global bruk av elbilbatterier, ikke mer enn halvparten av alle batterier produsert i verden.

Selskapet har en etablert posisjon innen litiumionbatterier. Ny teknologi må likevel vurderes ut fra dokumentert ytelse og faktisk produksjon.

CATL har også presentert andre batteriteknologier og mål:

Kilde: CATL

Kilde: CATL

CATL kunngjorde i 2023 en planlagt investering tilsvarende omtrent 3,25 milliarder euro i gjenvinningskapasitet i Kina. Selskapet oppgir gjenvinningsgrader på 99,6% for nikkel, kobolt og mangan samt 91% for litium. Dette er utbytte fra materialgjenvinning, ikke andelen av alle brukte batterier som blir samlet inn.

Størrelse, forskning og produksjonserfaring gir CATL en sterk posisjon, men konkurranse og markedsutvikling innebærer fortsatt risiko.

Selskapet leverer til flere bilprodusenter, blant annet Tesla (TSLA ), NIO, Ford og Stellantis. Hyundai inngår også i det omtalte samarbeidsnettverket.

Erfaring fra én batterikjemi kan bidra i andre, men det beviser ikke at natriumionbatterier med samme bikake- eller kondenserte struktur er nært forestående. Stordriftsfordeler varierer med produkt og produksjonsprosess.

2. BYD (BYDDY)

BYD er en stor konkurrent i elbilmarkedet og produserer både batterielektriske biler og ladbare hybrider.

Selskapet startet som batteriprodusent og utviklet seg til en stor bilprodusent med betydelig salg i Kina og flere andre markeder. Rangeringer avhenger av år og av om man teller bare batterielektriske biler eller også ladbare hybrider.

Kina ble verdens største bileksportør i 2023. BYDs utenlandssatsing omfatter også nye fabrikkprosjekter, blant annet i Ungarn. Prosjektenes driftsstatus må knyttes til riktig tidspunkt.

Rimeligere modeller som Seagull kan utvide kundegrunnlaget. Seagull brukte LFP-batterier i den omtalte perioden, ikke natriumbatterier. Priser på 10 000–12 000 dollar gjelder bestemte markeder og versjoner, ikke nødvendigvis eksportprisen.

BYD er også en viktig LFP-produsent. Andelene 41,1% for BYD og 33,9% for CATL gjelder et bestemt segment av det kinesiske markedet i en bestemt periode, ikke den globale batteriindustrien samlet.

Kinesiske elbiler møter handelstiltak i enkelte markeder. Toll og lokale krav kan påvirke både pris og vekst.

Etterspørselen og konkurransen varierer i Sør-Amerika, Russland, Afrika, Midtøsten og Sørøst-Asia. Det er feil å behandle disse som ett marked uten lokale produsenter eller beskyttelsestiltak.

Store befolkninger gir et potensielt kundegrunnlag, men faktisk etterspørsel avhenger av inntekt, infrastruktur, finansiering og politikk. Gode diplomatiske forbindelser garanterer ikke fravær av handelshindre.

Lokal produksjon kan hjelpe BYD med markedsadgang og kostnader. Planer i Europa, Mexico eller Tyrkia må skilles fra fabrikker som allerede var operative i 2024; fremtidig konkurransekraft er ikke sikret.

mm

Jonathan er en tidligere biokjemisk forsker som har arbeidet med genetisk analyse og kliniske studier. Han er nå aksjeanalytiker og finansskribent med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon 'The Eurasian Century'.⁣⁣⁣​⁣