Vil etterspørselen etter litium falle dramatisk med nye natrium‑ion‑batterier?

Å gå utover litium‑ion

Batterier har gradvis blitt den viktigste teknologiske innovasjonen i dette tiåret, på samme måte som tidligere tiår ble formet av PC‑ens eller Internett‑ens fremvekst.

Dette skyldes at fremskritt innen batteriteknologi driver ikke bare EV‑revolusjonen, men også har vist seg å være den avgjørende begrensningen for å grønnere strømnettet, på grunn av fornybare energikilders intermittens.

Ultra‑tette og/eller billige batterier vil også bli avgjørende for å elektrifisere og dekarbonisere energikrevende sektorer i økonomien, som tungindustri (kjemikalier, metallurgi, produksjon) og transport (lastebiler, skip, fly).

Hittil har dette blitt oppnådd med varianter av litium‑batterier, enten litium‑ion (litium‑nikkel‑mangan NMC & litium‑nikkel‑kobolt‑aluminium NCA) eller litium‑jern‑fosfat (LFP) batterier. Det var en transformativ teknologi som med rette tildelte sine oppfinnere Nobelprisen i kjemi 2019 (følg lenken for historien om oppfinnelsen av litium‑ion‑batterier).

Inntil nå ble det forventet at disse batteriene skulle fortsette å dominere batterimarkedet, takket være deres ekstremt høye energitetthet.

Kilde: S&P Global

Senere blir faste‑stoff‑batterier sett på som et mulig neste steg for å øke batterienes tetthet ytterligere og også bruke store mengder litium, se “5 Best Solid-State Battery Stocks to Watch or Buy”.

Imidlertid er litium ikke den eneste ionen som kan brukes i batterier. Natrium, som er langt mer tilgjengelig og billigere og utgjør basis for bordsalt, er også en kandidat.

Problemet er at natrium‑ion‑batterier hittil har hatt lavere energitetthet, og de er derfor begrenset til lavpris‑/lavrekkevidde‑EV‑er eller stasjonære batterier i stor skala.

Dette kan endre seg takket være oppfinnelsen av natrium‑ion‑batterier med TAQ‑katode. Dette arbeidet ble gjort av forskere ved MIT og Brookhaven National Laboratory, som publiserte sine resultater i Journal of the American Chemical Society under tittelen “High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode”¹.

Kilde: Princeton University

TAQ‑katode

Vi rapporterte tidligere om TAQ‑katoden i “Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ?”. TAQ, eller bis‑tetraaminobenzoquinon, er en lagdelt organisk fast forbindelse.

I denne forskningen fra 2024 oppdaget forskerne at TAQ ikke bare hadde potensial som superkondensatormateriale, men også overgikk tradisjonelle litium‑katoder.

Kilde: GreenCarCongress

De fant en måte å forbedre vedheftingen av TAQ til katodens rustfrie stål‑strømsamlere, noe som økte stabiliteten til den nye proof‑of‑concept‑katodprototypen.

Ved å tilsette cellulose‑ og gummibaserte materialer i TAQ oppnådde de trygt mer enn 2 000 lade‑/utladningssykluser. Energitettheten var også høyere enn med kobolt‑baserte katoder, og ladingen tok under 6 minutter.

Back in 2024, we mentioned the potential for other battery chemistry to use TAQ as well:
It is also worth noting that organic cathodes have been discussed for other types of batteries as well, for example, for aluminum-ion, sodium/potassium-ion, zinc, or calcium-based dual-ion batteries. So, it is possible that the discovery of TAQ’s properties can be applied to other battery types than lithium-ion.

Og dette er akkurat hva forskerteamet gjorde, ved å skape et ultra‑høyt energitetthets‑natrium‑ion‑batteri.

TAQ‑natrium‑ion‑batteri

Hvorfor natrium?

Grunnen til at forskerne valgte natrium for neste steg i forskningen er hvor rikelig materialet er.

“It’s always better to have a diversified portfolio for these materials. Sodium is literally everywhere. For us, going after batteries that are made with really abundant resources like the organic matter and seawater is among our greatest research dreams.

Being on the front lines of developing a truly sustainable and cost-effective sodium ion cathode or battery is truly exciting.”

Mircea Dincă – Professor of Chemistry at MIT.

Det finnes også en forretningsmessig begrunnelse, ettersom denne studien, i likhet med den innledende TAQ‑studien fra 2024, er finansiert av Automobili Lamborghini S.p.A. Billigere materialer og batteriteknologi som ikke er avhengig av en Kina‑dominert forsyningskjede kan bli en redningsplanke for en noe slitt europeisk bilindustri, som henger etter når det gjelder elektrifisering.

Tilpasning av TAQ‑katode til natriumbatterier

For å få det til å fungere med natrium måtte forskerne endre designet for å møte kravene til natrium‑ion‑batterier.

En utfordring var å lage en homogen elektrode som inneholdt både TAQ og karbon.

“The binder we chose, carbon nanotubes, facilitates the mixing of TAQ crystallites and carbon black particles, leading to a homogeneous electrode. The carbon nanotubes closely wrap around TAQ crystallites and interconnect them.

Both of these factors promote electron transport within the electrode bulk, enabling an almost 100% active material utilization, which leads to almost theoretical maximum capacity.”

Dr. Tianyang Chen – MIT Researcher

Kilde: Princeton University

Høy ytelse

Denne ekstremt høye kapasiteten oppnådd på en prototype kan raskt omsettes til svært effektive batterier, spesielt med hensyn til ladetid – en vanlig begrensning for EV‑er – og forbrukerklager.

“The use of carbon nanotubes considerably improves the rate performance of the battery, which means that the battery can store the same amount of energy within a much shorter charging time, or can store much more energy within the same charging time.”

Dr. Tianyang Chen – MIT Researcher

Dette ble oppnådd samtidig som fordelene med TAQ ble beholdt, nemlig stabilitet mot luft og fuktighet, lang levetid, evne til å tåle høye temperaturer og miljømessig bærekraft.

Det endelige produktet hadde en katodens energitetthet på 472 Wh/kg elektrode ved lading/utladning på 90 s og en topp spesifikk effekt på 31,6 kW/kg elektrode.

Til sammenligning er dette noe nær tettheten til kommersielle Ni/Co‑baserte lagdelte katoder (≈ 740 Wh/kg‑katode) referert i en vitenskapelig publisering fra 2024.

Fremtidige utviklinger og kommersiell potensial

Alt i alt er det sannsynlig at high‑end litium‑ion‑ og senere faste‑stoff‑batterier vil fortsette å dominere high‑end EV‑markedet.

For mer prisfølsomme segmenter som lav‑ og mellomklasses EV‑er, kommersielle lastebiler, lagring for kraftverk osv., vil andre faktorer sannsynligvis bli viktigere, som total kostnad, tilgjengelighet av ressurser, holdbarhet osv.

Dette kan sette en grense for litium‑etterspørselen, ettersom natrium i økende grad former seg til et levedyktig alternativ, takket være innovative katodematerialer som TAQ.

Andre forbedringer kan også bidra, for eksempel ved å fjerne behovet for en anode helt (den andre enden av batteriet), som vi diskuterte i juli 2024 i “Anode-Free Sodium Solid-State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’”.

Kilde: University Of Chicago

Dette er ennå ikke testet, og vil sannsynligvis kreve noe finjustering, men vi kan lett forestille oss at på lang sikt vil de fleste EV‑er og kommersielle lastebiler ikke trenge massive batterier med 1 000‑2 000 mil rekkevidde som bruker det best mulige faste‑stoff‑litium‑batteriet.

I stedet vil et fremtidig anode‑fritt, TAQ‑katode natrium‑batteri, kanskje fast‑stoff, kanskje natrium‑ion, være tilstrekkelig for å nå en rekkevidde på 400‑600 mil til en bedre pris.

I tillegg til kjemisk innovasjon kan strukturell design også forbedre batterier, som honningkake‑strukturen brukt i “condensed state”‑batteriet fra CATL, verdens største batteriprodusent. Kanskje kan en slik idé også implementeres i natrium‑ion‑batterier. (se mer informasjon i “CATL (300750.SZ): The Battery Juggernaut”).

Investere i avanserte batteriteknologier

Batterier står i sentrum av elektrifiseringstrenden, som i seg selv er et fler‑trillion‑dollar‑prosjekt som skal fjerne fossile brensler fra våre energikilder.

Du kan investere i batterirelaterte selskaper gjennom mange meglere, og du kan finne våre anbefalinger for de beste meglerne i securities.io for USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å plukke ut spesifikke batteriselskaper, kan du også se på batteri‑ETF‑er som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X sin Lithium & Battery Tech ETF (LIT), eller WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), som gir en mer diversifisert eksponering for å kapitalisere på den voksende batteriindustrien.

Organisk katodeselskap

Volkswagen AG

Forskningen til Pr. Mircea Dincă på TAQ‑katoden, både i 2024 (litium‑ion) og 2025 (natrium‑ion), ble finansiert av Automobili Lamborghini S.p.A., et datterselskap av Audi, som igjen eies av Volkswagen‑gruppen.

Det er innlevert en patentsøknad for den organiske katodeteknologien.

Den tyske bilprodusenten er verdens nest største bilprodusent, kun overgått av Toyota. Selskapet lå en periode bak i EV‑teknologien, men har jobbet hardt for å ta igjen, spesielt med ID‑bilserien og flere hybridmodeller.

Kilde: Volkswagen

Samarbeidet med MIT‑forskerne er bare ett av mange, med andre partnerskap om EV‑er inkludert:

• En investering på 700 millioner dollar i kinesiske Xpeng for å øke EV‑salget i Kina.
• Et partnerskap med kinesiske SAIC Motor for å levere EV‑plattformer til Volkswagen.
• Et partnerskap med Jetta Motor for å skaffe EV‑teknologi.
• Et partnerskap på 492 millioner dollar med Magna for å revitalisere det ikoniske Scout‑merket som en elbil

Scout‑biler – Kilde: Volkswagen

Med sine ambisiøse planer for EV‑er og tilgang til avansert EV‑teknologi fra ledende kinesiske selskaper, er Volkswagen i en god posisjon til å vurdere MIT‑s patenterte organiske katodeteknologi og arbeide med å implementere den i stor skala i sine fremtidige EV‑er.

Det kan imidlertid i mellomtiden se til å først fokusere på hybrider og beholde ICE‑biler lenger enn opprinnelig planlagt for å “opprettholde fleksibilitet”.

Du kan lese mer om Volkswagen og deres EV‑strategi, inkludert løsning av programvareproblemer gjennom en avtale med Rivian, og sammenslåingen av EV‑arkitektur gjennom Volkswagen‑gruppen og dets merker i “Volkswagen Closing German Factory? What’s Next for the Troubled Automaker?”.

Studierreferanse:

^{1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). High-energy, high-power sodium-ion batteries from a layered organic cathode. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}