Ett genombrott inom energilagring: Självladdande superkondensator sätter nya standarder för energieffektivitet

Den första veckan 2025 såg solenergiaktier uppleva en fin rally när Tesla (TSLA ) tillkännagav sina rekordartade energilagringsutplaceringar.

År 2024 distribuerade elbilsföretaget, vars energilagringsdivision producerar bostads- och kommersiella batterier för att lagra solenergi, 31,5 gigawattimmar av energilagringsprodukter, medan nästan 35 % av detta (11 GWh) distribuerades enbart under Q4 2024.

Det kinesiska batteritillverkaren Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), som levererar battericeller till Tesla, släppte också sitt egna massproducerbara energilagringssystem kallat TENER förra året. Systemet har en kapacitet på 6,25 MWh och en energitäthet på 430 Wh/L samtidigt som det uppnår fem års noll nedbrytning.

Dessa stora utvecklingar inom energilagringsområdet är av avgörande betydelse på grund av den ökande efterfrågan på energi. Denna efterfrågan drivs av den växande världsbefolkningen, urbanisering, ekonomisk tillväxt och teknologiska framsteg. Global efterfrågan på el, enligt IEA, förväntas faktiskt öka i en snabbare takt under de kommande tre åren. Den kommer att växa med i genomsnitt 3,4 % per år fram till 2026.

Här kan energilagringssystem hjälpa till att möta den ökande efterfrågan genom att stödja elnätets försörjning, överföring och distributionssystem. Genom att övergå till lagringsmekanismer säkerställer nätoperatörer nätets motståndskraft och tillförlitlighet. Det minskar dessutom beroendet av alternativ med högre växthusgasavtryck.

Så, vad exakt är energilagring? Jo, det är precis vad det säger: lagra energi. Så gör man genom att den producerade energin först fångas och sedan lagras för användning vid ett senare tillfälle så att efterfrågan och utbud kan matchas bättre.

Nu kommer energi i olika former: elektrisk, termisk, kinetisk, kemisk, strålning och gravitationell. Detta innebär att för att lagra energi måste den först omvandlas till en form som faktiskt kan lagras tills den kan omvandlas tillbaka till elektrisk energi.

Ett uppladdningsbart batteri är en vanlig energilagringsenhet. Det finns i din telefon. Dessa batterier lagrar kemisk energi som snabbt omvandlas till elektricitet. Ett annat populärt och värdefullt exempel är vattenkraftsdammen. Den utnyttjar energin från rinnande vatten, genererar elektricitet och lagrar den i en reservoar.

Fossila bränslen är också energilagring. De innehåller kemisk energi från solljus, fångad i växter och djur som har brutits ner för miljontals år sedan. 

Innovation i energilagring

Energi är hörnstenen i den moderna industriella ekonomin. Trots allt tillhandahåller den en väsentlig ingrediens för nästan alla mänskliga aktiviteter, från matlagning, uppvärmning, belysning, hälsa, utbildning och transport till livsmedelsproduktion, industriell produktion och mineralutvinning. Med tanke på hur kritisk energi är för mänsklig civilisation finns det mycket fokus på energilagring. 

Termisk energilagring (TES) är en typ som inkluderar fastfas, vätske‑luft och smält saltslagring. Den unika fördelen med denna teknik är att den frikopplar värme‑ och kylbehov från omedelbar kraftproduktion och tillgänglighet av leverans.

Komprimerad luftenergilagring är ett annat sätt att lagra energi; luft komprimeras i lagertankar när elbehovet är lågt och släpps ut när efterfrågan är hög. 

Vätgasilagring är under tiden en framväxande energilagringsteknik. Senast kopplade Kina sitt största integrerade fotovoltaiska (PV)-vätgasilagringsprojekt i Jiangsu‑provinsen till nätet och påbörjade elproduktion. Denna offshore‑anläggning kombinerar vätgasproduktion, PV‑strömproduktion, påfyllning och energilagring. Det förväntas minska CO2‑utsläppen med cirka 309 400 ton per år, 1 125,3 ton kvävedioxid och 562,6 ton svaveldioxid.

Batterier omvandlar energilagring. De leder övergången till ett hållbart energisystem. De växer snabbast inom sitt område och dominerar kraftsektorn. Och tack vare kontinuerlig innovation blir de smartare, bättre och billigare.

I banbrytande forskning från några år sedan, som har pågått i nästan ett decennium, har forskare från Chalmers University of Technology och KTH Royal Institute of Technology i Sverige skapat ett strukturellt batteri som är 10 gånger bättre än i någon tidigare experiment. Ett strukturellt batteri är en energilagringsenhet som kan bära vikt som en del av en struktur. 

För sitt batteri lagerade forskarna ett buffertglas‑’tyg’ mellan en positiv och en negativ elektrod, fyllde det med ett rymdålders polymerelektrolyt och härdade det sedan i ugnen, vilket resulterade i en robust, platt battericell med en energitäthet på 24 Wh/kg, styvhet på 25 GPa och som klarar dragprov i alla riktningar. Detta ”masslösa” strukturella batteri har sin huvudsakliga användning i elbilar men kan också användas i el‑cyklar, satelliter, bärbara datorer och flygplan.

För närvarande fokuserar forskare på att ytterligare förbättra batteriet, även om kommersialiseringen ännu inte har realiserats.

För att skapa bättre lösningar undersöker forskare nu självuppladdande kraftsystem. Dessa system samlar in energi och lagrar den, vilket gör dem mycket fördelaktiga i den kommande teknologiska eran, som kommer att kännetecknas av 5G‑teknik, Internet of Things (IoT) och artificiell intelligens (AI).

Dessa självuppladdande energilagringsenheter kan erbjuda stabil, autonom och hållbar kraft för nästa industriella revolution.

Hittills har många försök gjorts för att integrera olika energihämtningstekniker med energilagringsenheter. Detta inkluderar solceller, termoelektriska generatorer, triboelektriska nanogeneratorer (TENG) och piezoelektriska nanogeneratorer (PENG). 

I en ny forskning byggde forskare en högpresterande självuppladdande energilagringsenhet som kan lagra solenergi effektivt.

Den nya enheten förbättrar dramatiskt prestandan hos befintliga superkondensatorer genom att använda elektrodmaterial som är baserade på övergångsmetaller. Forskarna skapade dessutom en ny energilagringsteknik genom att kombinera superkondensatorer med solceller för att uppnå hög prestanda.

Klicka här för att lära dig mer om framtiden för energilagring.

Självladdande energilagringsenheter

För att möta efterfrågan på nästa generations högkapacitetsenergienheter som adresserar den ökande globala energiförbrukningen och det växande beroendet av bärbara och smarta elektroniska enheter, har självuppladdande enheter framträtt som en hållbar och fristående strömlösning.

En sådan enhet som samlar in och lagrar solenergi är foto‑superkondensatorn, som kombinerar solceller och superkondensatorer. Kisel‑solceller omvandlar solenergi till elektrisk energi, och en superkondensator lagrar denna energi. 

I den senaste studien, som stöddes av National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF)‑bidrag finansierat av den koreanska regeringen (MSIT) och av DGIST R&D‑programmet, visade forskare en ny självuppladdande energilagringsenhet som förenar kisel‑solceller och binära övergångsmetall‑superkondensatorer.

Kristallin kisel‑fotovoltaisk (PV)‑teknik, som är den mest använda PV‑tekniken, är faktiskt ett lovande verktyg för förnybar energilagring, enligt ITRPV, som rapporterade att tekniken står för så mycket som 95 % av de totalt 135 GW som installerades 2022. 

Samtidigt, bland solenergienheter, får kiselbaserade enheter mycket uppmärksamhet som en dominerande kraftkälla för framtiden. Detta beror på deras höga verkningsgrad för kraftomvandling, förlängda stabilitet, rikliga material, icke‑giftighet och etablerad produktionsteknik som underlättar skalbarhet.

När det gäller superkondensatorer används de som lovande kandidater för att driva högpresterande enheter tack vare deras höga tillförlitlighet, höga effekt­densitet, långa cykel‑livslängd och korta laddningstid.

Som studien påpekade är självuppladdande kondensatorer nödvändiga på grund av den snabba ökningen av användningen av bärbara elektroniska enheter. Detta har skapat ett behov av ett system som kan laddas snabbt när som helst och var som helst. 

Sedan finns det ökande beroendet av förnybara energikällor för att skydda miljön och främja hållbar utveckling. Genom att använda solenergi minskar självuppladdande system behovet av batteribyten samtidigt som de möjliggör effektiv energiförsörjning även i områden med begränsad tillgång till elnät. 

En annan drivkraft för självuppladdande kondensatorer är den snabba laddnings‑ och urladdningsförmågan hos superkondensatorer, vilket gör dem mycket användbara i nödsituationer eller scenarier där det krävs hög energiförbrukning.

En högpresterande självuppladdande superkondensator

Med tanke på behovet av självuppladdande kondensatorer och deras många fördelar, tillverkade den senaste forskningen, publicerad i tidskriften journal Energy förra månaden, en självuppladdande enhet genom att kombinera en superkondensator med en Si‑solcell.

För att designa elektroderna använde forskarteamet nickel‑(Ni)‑baserat karbonat‑ och hydroxidkompositmaterial. Därefter tillsatte teamet övergångsmetalljoner som mangan (Mn), kobolt (Co), koppar (Cu), järn (Fe) och zink (Zn) för att maximera ledningsförmågan och stabiliteten hos elektroderna.

Dessa övergångsmetalljoner gör det möjligt för teamet att lösa problemet med minskad ledningsförmåga som uppstår när man bara använder Ni‑joner. Genom att introducera dessa metalljoner kunde de skapa binära föreningar som elektrodmaterial, vilket erbjöd hög elektrisk ledningsförmåga, reversibel kapacitet och strukturell stabilitet.

Genom detta har prestandan hos elektroden förbättrats avsevärt, vilket visar betydande framsteg i energi‑ och effekt­densitet samt stabilitet vid laddning och urladdning.

När det gäller energilagring per viktenhet uppnådde studien 35,5 Wh kg⁻¹, vilket överstiger värdena (5‑20 Wh kg⁻¹) som registrerats i tidigare studier. När det gäller energiflöde per enhet är det 2555,6 W kg⁻¹, vilket återigen är långt högre än vad tidigare studier har uppnått med 1000 W kg⁻¹.

Med mycket högre energitäthet och effekt­densitet visar den senaste studien förmågan att snabbt leverera högre effekt. På så sätt kan den asymmetriska superkondensatordelen möjliggöra en omedelbar energiförsörjning, även för högpresterande enheter.

Detta är inte ens allt; denna höga prestanda visade minimal nedbrytning när den genomgick upprepade ladd‑ och urladdningscykler, vilket gör den även lämplig för långsiktig användning.

Teamet kombinerade sedan denna enhet med kisel‑solceller, vilket möjliggör lagring av solenergi och dess användning i realtid. Denna kombination uppnådde en energilagringseffektivitet på så mycket som 63 % medan den generella effektiviteten för enheten var 5,17 %, vilket bekräftar dess potential för kommersialisering och bidrar avsevärt till utvecklingen av energilagringsteknik.

“Detta är en betydande prestation, eftersom den markerar utvecklingen av Koreas första självuppladdande energilagringsenhet som kombinerar superkondensatorer med solceller.”

– Jeongmin Kim, seniorforskare vid Nanoteknologidivisionen på DGIST

Kim påpekade vidare att genom att använda övergångsmetallbaserade kompositmaterial har de kunnat övervinna begränsningarna hos energilagringsenheter och skapa en hållbar energilösning.

Men det är inte slutet på studien, som Damin Lee, forskare vid RLRC på Kyungpook National University, uttalade:

“Vi kommer att fortsätta med uppföljande forskning för att ytterligare förbättra effektiviteten hos den självuppladdande enheten och öka dess potential för kommersialisering.”

Företag verksamma inom relaterade områden

Låt oss nu titta på ett par företag som tillhandahåller och utvecklar energilagringslösningar.

1. Tesla (TSLA )

Denna elfordonsproducent är också starkt involverad i energilagringsmarknaden. Dess energiprodukter inkluderar Powerwall och Megapack, som integrerar avancerade energilagringslösningar.

Med ett börsvärde på 1,318 biljoner dollar är Tesla världens åttonde största företag, medan dess VD Elon Musk, som också är involverad i X (tidigare Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink och The Boring Company, är världens rikaste man med ett nettovärde på 437 miljarder dollar.

Vid skrivande stund handlas Teslas aktie till 412,82 $, vilket är en ökning med 1,63 % i år. Denna gröna start på 2025 för företagets aktier kommer efter ett enastående 2024, under vilket dess aktier steg med cirka 67 % i värde. 

Intressant nog har mycket av Teslas uppgång skett under de två sista månaderna av året, med ett prisökning på 75 % i kölvattnet av presidentvalda Donald Trump som vann det amerikanska presidentvalet 2025. Musk var faktiskt den största givaren under valcykeln och spenderade minst 277 miljoner dollar för att stödja Trump och andra republikanska kandidater.

Med Trump som tillträder senare denna månad kommer det utan tvekan att bli positiva utvecklingar för Tesla. Även innan detta rapporterade företaget att de producerade cirka 459 000 fordon och levererade över 495 000 enheter under Q4 2024. Med detta uppgick Teslas totala produktion för 2024 till 1 773 443 fordon, medan leveranserna nådde 1 789 226 enheter. Företaget mötte dock ökad konkurrens från den kinesiska jätten BYD och amerikanska traditionella biltillverkare som Ford.

De kompletta finansiella resultaten för Q4 2024, inklusive nettoresultat och kassaflöde, kommer att tillkännages av Tesla den 29 januari 2025. Under föregående kvartal rapporterade företaget 25,18 miljarder dollar i intäkter och 2,17 miljarder dollar i nettoresultat. Under denna period ökade Teslas fordonsintäkter med 2 % till 20 miljarder dollar jämfört med Q3 2023, medan intäkterna från energiproduktion och lagring steg med 52 % till 2,38 miljarder dollar.

Dess energilagringsutplaceringar under Q4 satte samtidigt ett nytt rekord på 11,0 GWh och en oöverträffad 31,4 GWh för hela året. Till jämförelse deployerade Tesla 14,7 GWh energilagring året innan, vilket var dubbelt så mycket som 2022. Dessutom var energilagringsutplaceringarna 2020 endast 3,0 GWh, vilket pekar på en tiofaldig ökning av företagets lagringskapacitet på bara fyra år.

Dessa siffror kom samtidigt som Teslas gigafabrik i Shanghai påbörjade provproduktion den här veckan, med massproduktion förväntad tidigt i år.

2. Enphase Energy

Det globala energiteknikföretaget, som aktivt expanderar sin marknadsräckvidd både nationellt och internationellt, specialiserar sig på solenergilösningar. Detta inkluderar mikroinvertrar, som omvandlar solenergi till elektricitet, samt energilagringssystem för bostads- och kommersiella tillämpningar.

Med ett börsvärde på 9,74 miljarder dollar handlas ENPH‑aktier för närvarande till 72,15 $, en ökning med över 5 % redan i år. Dessa vinster följer ett besvikelserikt 2024, under vilket aktierna föll med mer än 46 %. Samtidigt var ENPH:s topp i december 2022, när aktiekursen nådde 339 $. Enphase Energy (ENPH ) har ett EPS (TTM) på 0,44 och ett P/E (TTM) på 164,01.

För Q3 2024 rapporterade företaget en omsättning på 380,9 miljoner dollar. Regionenvis steg omsättningen i USA med 43 % jämfört med föregående kvartal när lagret återgick till normala nivåer, medan omsättningen i Europa minskade med 15 % på grund av ytterligare avmattning i efterfrågan. Enphase levererade totalt 1 731 768 mikroinvertrar under detta kvartal, vilket motsvarar 730 megawatt DC och 172,9 megawattimmar av IQ®‑batterier.

För Q4 uppskattar Enphase Energy sin omsättning till ett intervall mellan 360 miljoner och 400 miljoner dollar samt leveranser på 140 till 160 MWh av IQ‑batterier. Den nettoförmån som följer av IRA förväntas ligga mellan 38 – 41 miljoner dollar.

Inflationsreduceringslagen (IRA) infördes under Biden‑administrationen med tvåpartiskt stöd. Paketet på 369 miljarder dollar, som undertecknades till lag år 2022, gav incitament för förnybar energi via skatteavdrag, bidrag och investeringar. Detta har varit en spelväxlare för sektorn för förnybar energi.

I slutet av Q3 hade Enphase Energy 1,77 miljarder dollar i kontanter, likvida medel och marknadsbara värdepapper, medan fritt kassaflöde var 161,6 miljoner dollar. Företaget genererade samtidigt 170,1 miljoner dollar i kassaflöde från verksamheten.

Under denna period lanserade det också AI‑baserad programvara för att förbättra konsumenternas förståelse av energianvändning och hjälpa dem maximera sina besparingar i den alltmer komplexa energiprismarknaden genom att integrera solenergi och förbrukningsestimering med eltariffer.

Slutsats

Med den globala energiefterfrågan som fortsätter att öka betydligt, i en snabbare takt än någonsin tidigare, på grund av intensiva värmeböljor, stark ekonomisk tillväxt och naturligtvis den ökande användningen av teknologier som elbilar och AI, finns ett behov av energilagringslösningar som kan hjälpa till att tillfredsställa denna efterfrågan. 

Här representerar utvecklingen av högpresterande självuppladdande energilagringsenheter ett stort steg i utvecklingen av energilagringsteknik och i att möta den globala energiefterfrågan. Även om de ännu inte har kommersialiserats kan innovationer som dessa bidra till att säkerställa en stabil och pålitlig energiförsörjning och låsa upp enorm potential i integrationen av förnybar energi!

Klicka här för en lista över de bästa batteriaktierna.