Har din EV:s batterikapacitet minskat? Skyll på väte

Förlorad batterienergi

Even after decades of utilizing them in electronics—and now EVs—we still do not fully understand lithium-ion batteries. For example, one such issue is the tendency of batteries to self-discharge over time. This is an issue that tends to become larger over time, and a major reason why batteries reach the end of their useful life after 7-10 years in most cases.

Självurladdning är också ett problem för batterikemi som inte använder kobolt, vilket begränsar deras antagande även om kobolt är dyrt och produceras under förhållanden som ofta kränker mänskliga rättigheter.

Tills nyligen antog forskare att självurladdning var kopplad till litiumjoner (se nedan för mer detaljer). Men det verkar inte vara sant.

Forskare publicerade nyligen sin upptäckt att protoner (vätekärnor) faktiskt var ansvariga för självurladdning. Detta öppnar vägen för nya konstruktioner och metoder för att mildra problemet, vilket potentiellt kan förbättra framtida batterier avsevärt.

De publicerade sina resultat i den prestigefyllda tidskriften Science under titeln “Solvent-medierad oxidvätehydrogenering i lagerkathoder”.

Detta uppnåddes genom ett omfattande samarbetsprojekt som samlade forskare från University of Colorado, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Argonne National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, University of Houston, National Renewable Energy Laboratory, Oregon State University, Stanford University, Lawrence Berkeley National Laboratory och National Taiwan University.

Det tidigare paradigmet

Lithium batteries work by moving lithium ions from the anode side to the cathode side through an electrolyte. This flow creates an electric current. The process is reversed when charging the battery.

Källa: ResearchGate

Fram till nu var antagandet att självurladdning var kopplad till att litiumjoner fastnar i katoden, och därför inte återvänder till anoden vid laddning, vilket minskar de tillgängliga jonerna för att generera kraft.

Detta har varit centralt för att förbättra litiumjondesign, med många försök att optimera flödet av litiumjoner och göra deras återgång till anoden så perfekt som möjligt. Det verkar dock att detta inte är det egentliga problemet.

Väte tar litiumens platser

Forskarna kunde analysera batterimaterialet på djupet med en kraftfull röntgenmaskin vid USA:s energidepartementets Argonne National Laboratory i Illinois.

Genom att göra detta upptäckte de att vätemolekyler från batteriets elektrolyt rörde sig in i katodmaterialet och tog litiumjonernas platser. Detta ledde till en minskning av det tillgängliga utrymmet för litiumjoner, vilket reducerade batterikapaciteten.

Detta sker främst i den lagerstruktur av övergångsmetalloxid i katoden.

Dessutom skadar denna process katoden fysiskt, vilket orsakar sprickor och påskyndar batteriets nedbrytning.

Så inte bara minskar väteprotonerna batteriets livslängd genom att reducera kapaciteten, utan också genom att orsaka direkta skador som tidigare antogs bero på litiumjoner.

Direkt potential

Lösa EV-begränsningar

En viktig begränsning för EV‑adoption och övergång till koboltfria batterier är att alternativa kemier har en relativt lägre räckvidd. För vissa förare är detta en oacceptabel begränsning jämfört med bensinbilar.

Bekymret att batteripaketet håller kortare tid än resten av bilen, vilket leder till oförutsägbara extra kostnader, är också en stor faktor som hindrar många från att byta till elbilar. Särskilt eftersom de flesta EV‑modeller fortfarande är något dyrare att köpa.

Den korta livslängden är också en ekologisk oro, eftersom det innebär att mer material måste brytas, mer energi förbrukas för att producera batterierna och mer arbete krävs för återvinning.

Förbättra katodernas livslängd

Nu när vi vet att väte, inte litium, är ansvarigt för katodnedbrytning, är vi mer benägna att hitta effektiva lösningar. Forskarna diskuterar till exempel användningen av ett speciellt beläggning på katoden som kan blockera vätemolekylerna.

Ett annat alternativ skulle vara att använda olika elektrolyter som inte genererar väte från början.

Faststoffbatterier

Detta är också en uppmuntrande upptäckt för faststoffbatterier. Eftersom dessa konstruktioner inte använder någon elektrolyt alls, kan de vara helt immuna mot de problem som orsakas av väte som bildas i elektrolyten.

I sig självt kan detta förklara en del av den anmärkningsvärda prestandan hos faststoffbatterier.

Investera i avancerade batteriteknologier

Batterier står i centrum för elektrifieringstrenden, som i sig är ett enormt flertriljardprojekt som syftar till att avlägsna fossila bränslen från våra energikällor. Mer pålitliga, billigare eller mer hållbara batterier kommer att vara i centrum för arbetet med att ”gröna” vårt energisystem.

Du kan investera i batterirelaterade företag via många mäklare, och du kan här, på securities.io, hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika batteriföretag kan du också titta på batteri‑ETF:er som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X:s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), eller WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), som ger en mer diversifierad exponering för att dra nytta av den växande batteribranschen.

Eller så kan du läsa vår artikel om “Top 10 Battery Stocks To Invest In” och “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Avancerade batteriföretag

1. CATL (300750.SZ)

Vi har redan talat om CATL:s teknologiska ledarskap. Företaget är den globala ledaren inom batteritillverkning och producerar mer än hälften av den globala batterivolymen. Det är närvarande i varje steg av batteritillverkningskedjan och är en ledare inom batteriteknik.

Detta gäller för litiumjonbatterier, där företaget har varit en långvarig ledare under en längre tid. Nu verkar det litet i jämförelse med den senaste nyheten.

• Ett 12 000‑cyklers ultra‑långlivat batteri för storskalig energilagrning, med 18 000 cykler som långsiktigt mål.
• Ett 700 km LFP‑batteri (Lithium Ferrum Phosphate) som laddar 400 km räckvidd på 10 minuter ser nu litet i jämförelse med den senaste nyheten.
• Ett 500 Wh/kg batteri, som potentiellt möjliggör elektrifiering av passagerarflygplan.
• Massproduktion av 160 Wh/kg natriumjonbatterier, med ett mål på 200 Wh/kg.

Källa: CATL

CATL har också investerat 3.25B i batteriåtervinningskapacitet i Kina. CATL har särskilt uppnått en anmärkningsvärd återvinningsgrad på 99,6 % för nickel, kobolt, mangan och 91 % för litium.

Tack vare sin skala, fokus och FoU‑resultat är CATL sannolikt i framkant när det gäller batteriinovation, tillverkning och återvinning.

Detta gör det till en nyckelpartner för EV‑tillverkare, inklusive Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis osv, med Hyundai nyligen tillagd till CATL:s växande lista av strategiska allianser.

Dessutom kan de lärdomar som dragits i en kemi vara tillämpliga i en annan, så vi kan snart se exempelvis honungskomb- eller kondenserade natriumjonbatterier. Skalfördelarna i att producera hälften av världens batterier är också sannolikt tillämpliga på hela företaget, oavsett vilken specifik teknik som används i en enskild produkt.

2. BYD (BYDDY)

En långvarig utmanare till Tesla på EV‑marknaden har BYD blivit en seriös konkurrent inte bara för Tesla utan för i praktiken alla biltillverkare.

Företaget utvecklades från sin början som leverantör av litiumjon‑mobiltelefonbatterier till att sälja nästan lika många elbilar som Tesla i Kina (världens största EV‑marknad) och vara den bäst sålda elbilen i Thailand, Sverige, Australien, Nya Zeeland, Singapore, Israel och Brasilien.

BYD är en stor del av varför Kina plötsligt blev världens största bilexportör 2023, och överträffade Japan. Företagets aggressiva utrikesexpansion stöds också av nya fabriker, som i Ungern.

Och med lanseringen av bilar på 10 000–12 000 $ som Seagul, med natriumbatterier, kan en helt ny marknad öppnas för BYD:s elbilar.

Källa: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0

Fortfarande en batteritillverkare i kärnan är BYD en seriös utmanare till CATL på LFP‑batterimarknaden (litiumjärnfosfat), med en marknadsandel på 41,1 % i Kina (jämfört med CATL:s 33,9 %).

“Floden” av billiga elbilar som BYD producerar till de europeiska och amerikanska marknaderna kommer sannolikt att mötas av någon form av protektionism (även över de nyligen införda tullarna), vilket kan hindra BYD:s tillväxt.

Men samtidigt är billiga kinesiska elbilar redan en stor framgång i resten av världen, som inte har starka inhemska biltillverkare att skydda, inklusive hela Sydamerika, Ryssland, Afrika, Mellanöstern och Sydostasien.

Detta innebär flera miljarder potentiella kunder för BYD, som bor i länder som är angelägna om att upprätthålla en geopolitisk balans och hålla goda relationer både med väst och Kina, så det är osannolikt att skapa alltför starka protektionistiska barriärer.

Och även i EU eller USA kan BYD förbli konkurrenskraftigt, tack vare de mycket högre priserna på lokala EV‑tillverkare jämfört med priserna i Kina, samt lokaliseringen av produktionen utanför Kina för dessa marknader, till exempel i Östeuropa, Mexiko eller Turkiet.