Hållbarhet
Kommer efterfrågan på litium att falla kraftigt med nya natriumjonbatterier?
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Att gå bortom litiumjon
Batterier har successivt blivit den viktigaste teknologiska innovationen under detta decennium, på samma sätt som tidigare decennier formades av PC:ns eller internets framväxt.
Det beror på att framsteg inom batteriteknik driver inte bara elbilsrevolutionen utan också har visat sig vara den avgörande begränsningen för att göra elnätet grönare, på grund av förnybara energikällors intermittens.
Ultra-täta och/eller billiga batterier kommer också att vara avgörande för att elektrifiera och avkarbonisera energikrävande sektorer i ekonomin, såsom tung industri (kemikalier, metallurgi, tillverkning) och transport (lastbilar, fartyg, flygplan).
Hittills har detta uppnåtts med varianter av litiumbatterier, antingen litiumjon (litium-nickel-mangan NMC & litium-nickel-kobolt-aluminium NCA) eller litiumjärnfosfat (LFP) batterier. Det var en transformerande teknik som med rätta tilldelade sina uppfinnare Nobelpriset i kemi 2019 (följ länken för historien om litiumjonens uppfinning).
Fram till nu förväntades dessa batterier fortsätta dominera batterimarknaden, tack vare deras extremt höga energitäthet.
Källa: S&P Global
Senare betraktas fastställningsbatterier som ett möjligt nästa steg för att fortsätta öka batteriers densitet och även använda mycket litium, se “5 bästa fastställningsbatteriaktier att hålla utkik efter eller köpa”.
Dock är litium inte den enda jon som kan användas i batterier. Mycket mer rikligt och billigare natrium, basen i bordssalt, är också en kandidat.
Problemet är att natriumjonbatterier hittills har haft lägre energitäthet och har placerats i lågpris-/lågintervall-elbilar eller stationära batterier i verktygsmått.
Detta kan förändras tack vare uppfinningen av natriumjonbatterier med TAQ-katod. Detta var arbetet av forskare vid MIT och Brookhaven National Laboratory, som publicerade sina resultat i Journal of the American Chemical Society under titeln “High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode”1.
Källa: Princeton University
TAQ-katod
Vi rapporterade tidigare om TAQ-katoden i “Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ?“. TAQ, eller bis-tetraaminobenzoquinon, är en skiktad organisk fast förening.
I denna forskning från 2024 upptäckte forskarna att TAQ inte bara hade potential som superkondensatormaterial, utan också överträffade traditionella litiumkatoder.
Källa: GreenCarCongress
De fann hur man förbättrade vidhäftningen av TAQ till katodens rostfria stålströmsamlare, vilket förbättrade stabiliteten hos den nya proof-of-concept-katodprototypen.
Genom att tillsätta cellulosa- och gummiinnehållande material till TAQ uppnådde de säkert mer än 2 000 laddnings‑urladdningscykler. Energitätheten var också högre än med koboltbaserade katoder, och laddningen tog mindre än 6 minuter.
Tillbaka år 2024 nämnde vi potentialen för annan batterikemi att också använda TAQ:
Det är också värt att notera att organiska katoder har diskuterats för andra typer av batterier, till exempel för aluminiumjon, natrium-/kaliumjon, zink, eller kalciumbaserade dual-jon batterier. Så det är möjligt att upptäckten av TAQ:s egenskaper kan tillämpas på andra batterityper än litiumjon.
Och detta är exakt vad forskarteamet gjorde, genom att skapa ett natriumjonbatteri med ultra-hög energitäthet.
TAQ natriumjonbatteri
Varför natrium?
Anledningen till att forskarna valde natrium för nästa steg i sin forskning är hur rikligt materialet är.
“Det är alltid bättre att ha en diversifierad portfölj för dessa material. Natrium finns bokstavligen överallt. För oss är jakten på batterier som tillverkas med riktigt rikliga resurser som organiskt material och havsvatten bland våra största forskningsdrömmar.
Att vara i frontlinjen för att utveckla en verkligt hållbar och kostnadseffektiv natriumjonkatod eller batteri är verkligen spännande.
Det finns också ett affärsmässigt motiv, eftersom denna studie, liksom den initiala studien om TAQ från 2024, har finansierats av Automobili Lamborghini S.p.A. Billigare material och batteriteknik som inte är beroende av en Kina-dominerad leveranskedja kan bli en räddning för en något kämpande europeisk bilindustri, som ligger efter när det gäller elektrifiering.
Anpassning av TAQ-katod till natriumbatterier
För att få det att fungera med natrium var forskarna tvungna att modifiera sin design för att matcha kraven för natriumjonbatterier.
En utmaning var att skapa en homogen elektrod som innehöll både TAQ och kol.
“Det bindemedel vi valde, kolnanorör, underlättar blandningen av TAQ-kristaller och kolsvarta partiklar, vilket leder till en homogen elektrod. Kolnanorören omsluter tätt TAQ-kristallerna och kopplar dem samman.
Båda dessa faktorer främjar elektrontransport inom elektrodens massa, vilket möjliggör en nästan 100 % utnyttjande av aktivt material, vilket leder till nästan teoretiskt maximal kapacitet.
Dr. Tianyang Chen – MIT-forskare
Källa: Princeton University
Höga prestanda
Denna extremt höga kapacitet som uppnåtts på en prototyp kan snabbt omvandlas till mycket effektiva batterier, särskilt när det gäller laddningstid, en vanlig begränsning för elbilar, och konsumentklagomål.
“Användningen av kolnanorör förbättrar avsevärt batteriets hastighetsprestanda, vilket betyder att batteriet kan lagra samma mängd energi på mycket kortare laddningstid, eller kan lagra mycket mer energi på samma laddningstid.”
Dr. Tianyang Chen – MIT-forskare
Detta uppnåddes samtidigt som TAQ:s fördelar bevarades, nämligen stabilitet mot luft och fukt, lång livslängd, förmåga att tåla höga temperaturer och miljömässig hållbarhet.
Den slutliga produkten hade en katodenergitäthet på 472 Wh/kg elektrod vid laddning/urladdning på 90 s och en toppspecifik effekt på 31,6 kW/kg elektrod.
Som referens ligger detta någorlunda nära densiteten för kommersiella Ni/Co-baserade skiktade katoder (≈740 Wh/kg-katod) refererad i en vetenskaplig publikation från 2024.
Framtida utveckling och kommersiell potential
Generellt är det sannolikt att högkvalitativa litiumjon- och senare fastställningsbatterier kommer fortsätta dominera den högkvalitativa elbilsmarknaden.
Dock kommer för mer priskänsliga segment som låg- och mellanklass-elbilar, kommersiella lastbilar, energilagring för verktyg osv., andra faktorer sannolikt vara viktigare, såsom total kostnad, tillgång på resurser, hållbarhet osv.
Detta kan sätta ett tak för litiumefterfrågan, eftersom natrium i ökande grad blir ett livskraftigt alternativ, tack vare innovativa katodmaterial som TAQ.
Andra förbättringar kan också bidra, till exempel att helt ta bort behovet av en anod (den andra änden av batteriet), som vi diskuterade i juli 2024 i “Anode-Free Sodium Solid-State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’.
Källa: University Of Chicago
Detta har ännu inte testats och kommer sannolikt kräva lite finjustering, men vi kan lätt föreställa oss på lång sikt att de flesta elbilar och kommersiella lastbilar inte kommer behöva massiva batterier med räckvidd på 1 000–2 000 miles som använder det bästa möjliga fastställnings-litiumbatteriet.
Istället kommer ett framtida anodfritt, TAQ-katod natriumbatteri, kanske fastställnings, kanske natriumjon, att vara tillräckligt för att nå en räckvidd på 400–600 miles till ett bättre pris.
Förutom innovation inom kemi kan även strukturell design förbättra batterier, som honungskakestrukturen som används i “condensed state”-batteriet från CATL, världens största batteriproducent. Kanske kan en sådan idé också tillämpas på natriumjonbatterier. (se mer information i “CATL (300750.SZ): The Battery Juggernaut”).
Investera i avancerade batteriteknologier
Batterier är i centrum för elektrifieringstrenden, som i sig är ett enormt flertriljardprojekt som syftar till att avlägsna fossila bränslen från våra energikällor.
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 batteriindustrin.
Organisk katod Företag
Volkswagen AG
Forskningen av Prof. Mircea Dincă om TAQ-katod, både 2024 (litiumjon) och 2025 (natriumjon), finansierades av Automobili Lamborghini S.p.A., ett dotterbolag till Audi, som i sin tur ägs av Volkswagen Group.
En patentansökan för den organiska katodteknologin har lämnats in.
Den tyska biltillverkaren är den näst största bilproducenten i världen, bakom endast Toyota. Företaget låg ett tag efter inom elbilsteknik men har arbetat hårt för att komma ikapp sedan dess, särskilt med ID-serien och flera hybridmodeller.
Källa: Volkswagen
Samarbetet med MIT-forskarna är bara ett av många, med andra partnerskap kring elbilar inklusive:
- En investering på 700 M$ i det kinesiska företaget Xpeng för att öka elbilsförsäljningen i Kina.
- Ett partnerskap med det kinesiska företaget SAIC Motor för att leverera elbilplattformar till Volkswagen.
- Ett partnerskap med Jetta Motor för att förvärva elbilteknik.
- Ett partnerskap på 492 M$ med Magna för att återuppliva det ikoniska Scout-märket som en elbil
Scout-bilar – Källa: Volkswagen
Med sina ambitiösa planer för elbilar och tillgång till avancerad elbilteknik från ledande kinesiska företag befinner sig Volkswagen i en god position för att granska MIT:s patenterade organiska katodteknik och arbeta med att implementera den i stor skala i sina framtida elbilar.
Det kan dock, under tiden, se först fokusera på hybrider och behålla förbränningsmotorbilar längre än ursprungligen planerat för att “upprätthålla flexibilitet”.
Du kan läsa mer om Volkswagen och deras elbilsstrategi, inklusive åtgärdandet av deras mjukvaruproblem genom ett avtal med Rivian, och enandet av elbilsarkitekturen i hela Volkswagen Group och dess varumärken i “Volkswagen Closing German Factory? What’s Next for the Troubled Automaker?”.
Studierreferens:
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
