فرص جديدة للاستثمار في تكنولوجيا البطاريات

مع زيادة الطلب على الحوسبة المتنقلة والسيارات التي تعمل بالكهرباء بالكامل ، فإن القيود المفروضة على تكنولوجيا البطاريات الحالية تشكل حاجزًا على الطريق. كانت البطارية الكهربائية التي اخترعها الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا في التسعينيات من القرن الماضي ، بمثابة العمود الفقري للعديد من الأجهزة والأجهزة والآلات.

نظرًا لأن الأجهزة الاستهلاكية أصبحت أصغر واستخدامها دون انقطاع قبل إعادة الشحن أكثر أهمية ، فقد أصبح من المهم بشكل متزايد أن تصبح البطاريات أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. ومع ذلك ، فقد ثبت أن هذا يمثل عقبة تكنولوجية ، إذا تم تجاوزها ، ستكون تطوراً هاماً ومربحاً لاقتصاد التكنولوجيا المتقدمة غدًا.

تكنولوجيا البطارية

تعتمد جميع البطاريات الكهربائية على التفاعل الكيميائي الأساسي للتخفيض والأكسدة (الأكسدة والاختزال) الذي يمكن أن يحدث بين مادتين مختلفتين. توجد ردود الفعل هذه في حاوية مغلقة ومختومة. يتم تقليل الكاثود ، أو الطرف الموجب بواسطة الأنود ، أو الطرف السالب ، حيث تحدث الأكسدة. يتم فصل الكاثود والأنود فعليًا عن طريق المنحل بالكهرباء الذي يسمح للإلكترونات بالتدفق بسهولة من محطة إلى أخرى. يتسبب تدفق الإلكترونات هذا في إمكانية كهربائية ، مما يسمح بوجود تيار كهربائي عند اكتمال الدائرة.

تعتمد البطاريات الاستهلاكية التي يمكن التخلص منها (المعروفة باسم البطاريات الأولية) ، مثل الخلايا بحجم AA- و AAA التي تنتجها شركات مثل Energizer (ENR) ، على تقنية لا تفضي إلى التطبيقات الحديثة. لأحد ، فهي ليست قابلة للشحن. تستخدم هذه البطاريات القلوية المسماة كاثود ثاني أكسيد المنغنيز وأنود الزنك ، مفصولة بالكهرباء ثاني أكسيد البوتاسيوم المخفف. يعمل المنحل بالكهرباء على أكسدة الزنك في الأنود بينما يتفاعل ثاني أكسيد المنغنيز في الكاثود مع أيونات الزنك المؤكسد لتوليد الكهرباء. تدريجيا ، تتراكم المنتجات الثانوية للتفاعل في المنحل بالكهرباء وتقل كمية الزنك المتبقية التي تتأكسد. في النهاية ، تموت البطارية. توفر هذه البطاريات عادة 1.5 فولت من الكهرباء ويمكن ترتيبها بشكل تسلسلي لزيادة هذه الكمية. على سبيل المثال ، توفر بطاريتان AA في السلسلة ثلاثة فولت من الكهرباء.

تعمل البطاريات القابلة لإعادة الشحن (المعروفة بالبطاريات الثانوية) بنفس الطريقة تقريبًا ، باستخدام تفاعل أكسدة الاختزال بين مادتين ، ولكنها تسمح أيضًا بتدفق التفاعل في الاتجاه المعاكس. البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأكثر شيوعًا في السوق اليوم هي ليثيوم أيون (LiOn) ، على الرغم من تجربة العديد من التقنيات الأخرى أيضًا في البحث عن بطارية قابلة لإعادة الشحن قابلة للتطبيق ، بما في ذلك هيدريد فلز النيكل (NiMH) والنيكل والكادميوم (NiCd).

كانت شركة NiCd أول بطاريات قابلة لإعادة الشحن متوفرة تجاريًا للاستخدام في الأسواق على نطاق واسع ولكنها عانت من القدرة على عدد محدود من عمليات إعادة الشحن. استبدل NiMH بطاريات NiCd وتم شحنه بشكل متكرر. لسوء الحظ ، كانت لديهم فترة صلاحية قصيرة للغاية ، لذلك إذا لم يتم استخدامها بعد وقت قصير من الإنتاج ، فقد تكون غير فعالة. حل بطاريات LiOn هذه المشكلات عن طريق الدخول في حاوية صغيرة ، وعمر افتراضي طويل ، والسماح بالعديد من الشحنات. لكن بطاريات LiOn ليست الأكثر استخدامًا في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مثل الأجهزة المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. هذه البطاريات أغلى بكثير من البطاريات القلوية التي يتم التخلص منها ولا تأتي عادةً في الأحجام التقليدية من AA ، AAA ، C ، D ، إلخ.

النوع الأخير من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يعرفها معظم الناس هو بطاريات الرصاص الحمضية السائلة ، الأكثر استخدامًا كبطاريات السيارة. يمكن أن توفر هذه البطاريات قدرًا كبيرًا من الطاقة (كما هو الحال عند بدء تشغيل السيارة على البارد) ، ولكنها تحتوي على مواد خطرة ، بما في ذلك الرصاص وحمض الكبريتيك ، الذي يُستخدم كالكهارل. يجب التخلص من هذه البطاريات بحذر حتى لا تلوث البيئة أو تتسبب في أضرار جسدية لمن يتعاملون معها.

الهدف من تكنولوجيا البطاريات الحالية هو إنشاء بطارية يمكن أن تتطابق أو تحسن أداء بطاريات LiOn ، ولكن دون التكلفة الباهظة المرتبطة بإنتاجها. داخل عائلة ليثيوم أيون ، تركزت الجهود على إضافة مكونات إضافية لزيادة فعالية البطارية مع خفض سعرها. على سبيل المثال ، تم العثور على ترتيبات ليثيوم الكوبالت (LiCoO2) الآن في العديد من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية والمنتجات القابلة للارتداء. تستخدم خلايا الليثيوم المنغنيز (LiMn2O4) في الغالب لأدوات الطاقة والأدوات الطبية ومحركات توليد الطاقة الكهربائية ، مثل تلك الموجودة في المركبات الكهربائية. (للمزيد ، انظر: لماذا هي سيارات تسلا باهظة الثمن؟ )

حاليا ، هناك فرق تقوم بالبحث والتطوير لزيادة أداء البطاريات القائمة على الليثيوم. تعد بطاريات Lithium-air (Li-Air) تطوراً جديداً مثيراً يمكن أن يسمح بسعة تخزين أكبر بكثير للطاقة - تصل إلى 10 أضعاف سعة بطارية LiOn النموذجية. من شأن هذه البطاريات أن "تتنفس" الهواء حرفياً عن طريق استخدام الأكسجين الحر في أكسدة الأنود. على الرغم من أن هذه التكنولوجيا تبدو واعدة ، إلا أن هناك عددًا من المشكلات التكنولوجية ، بما في ذلك التراكم السريع لنواتج الأداء المتناقص الأداء ومشكلة "الموت المفاجئ" التي تتوقف فيها البطارية عن العمل دون سابق إنذار.

تعد بطاريات الليثيوم والمعادن أيضًا تطوراً رائعًا ، حيث تعد بأكثر من أربعة أضعاف كفاءة استخدام الطاقة مقارنة بتقنية بطارية السيارة الكهربائية الحالية. هذا النوع من البطاريات أيضًا أقل تكلفة بكثير لإنتاجه ، مما يقلل تكلفة المنتجات التي تستخدمها. ومع ذلك ، تعد مشكلات الأمان مصدر قلق كبير حيث أن هذه البطاريات يمكن أن ترتفع درجة حرارتها أو تتسبب في نشوب حريق فيها أو تنفجر في حالة تلفها. تشمل التقنيات الجديدة الأخرى التي يجري العمل عليها كبريت الليثيوم وكربون السيليكون ، لكن هذه الخلايا لا تزال في المراحل الأولى من البحث ولا تزال غير قابلة للتطبيق تجاريًا. هناك أيضا العديد من التطورات التي تحدث حول البطاريات التي تعمل بالطاقة الشمسية.

الاستثمار في تكنولوجيا البطارية

إذا وعندما تنطلق تقنية البطارية في هذه الاتجاهات الجديدة المثيرة ، فسوف تخفض تكلفة الإنتاج للإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات الكهربائية مثل تلك التي تنتجها Tesla Motors (TSLA). أعلنت "تسلا" مؤخرًا عن بناء "مصنع ضخم" ليس فقط لإنتاج المزيد من السيارات ولكن أيضًا لإنتاج بطاريات LiOn الخاصة بها في المنزل ، بالتعاون مع شركة الإلكترونيات اليابانية Panasonic (ADR: PCRFY). من خلال أخذ مشكلة إنتاج البطارية في أيديهم ، ربما وجدت Tesla طريقة رائعة لاكتساب التعرض للاستثمار في كل من السيارات الكهربائية وتكنولوجيا البطاريات.

سوق تكنولوجيا البطاريات قصير النظر إلى حد ما مع التكنولوجيات الجديدة والتطورات والشراكات التي تنطلق من هذه الصناعة إلى الأمام. يوفر Visiongain "تقرير أفضل 20 شركة لتصنيع بطاريات الليثيوم أيون لعام 2018" قدرًا كبيرًا من البصيرة في سوق تكنولوجيا البطاريات وأهم الشركات المصنعة. الشركات في التقرير تشمل ما يلي:

• A123 Systems Inc. شركة تزويد الطاقة للسيارات (AESC) شركة صناعة الطيران الصينية (AVIC) شركة BYD المحدودة. CBAK Energy Technology Inc. Comtporary Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co.، Ltd Hitachi الكيميائية المحدودة جونسون الضوابط الدولية المحدودة. LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporation Saft Batteries Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Tianjin Lishen Battery Joint-Co.، Ltd. Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation

تشمل الأسماء البارزة الأخرى في صناعة البطاريات ما يلي:

• تقوم شركة Arotech Corp (ARTX) بتطوير وتوزيع بطاريات الليثيوم والزنك والهواء وتحصيل الجيش الأمريكي بين عملائها. وتنتج شركة PolyPore Inc. (PPO) بطاريات بوليمر الليثيوم عالية التخصص للاستخدامات الصناعية والطبية بشكل أساسي. الطاقة 1 (OTCMKTS: HEVVQ) شركة طاقة بديلة لديها مشروع مشترك تملكه غالبية مع شركة Delphi Automotive (DLPH) لإنشاء حلول بطاريات للسيارات الكهربائية. Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) هي شركة بريطانية تستفيد من تكنولوجيا النانو والجرافين المادي لإنتاجها ، من بين أشياء أخرى والبطاريات القائمة على الجرافين. تجري مواد الجرافين التطبيقية (OTCMKTS: APGMF) أيضًا أبحاثًا للتطبيقات المستندة إلى الجرافين. تعد EnnerSys لعبة محض على البطاريات. وهي حاليا أكبر صانع للبطاريات الصناعية في جميع أنحاء العالم.

هناك أيضًا Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). تسعى ETF هذه إلى تتبع مؤشر Solactive Global Lithium Index وتوفر التعرض لمجموعة متنوعة من الشركات المتداولة بشكل عام والتي تركز بشكل أساسي على الليثيوم بما في ذلك تعدين الليثيوم وتكرير الليثيوم واستخدام الليثيوم في إنتاج البطاريات. تضمنت أهم المقتنيات في LIT ETF اعتبارًا من أكتوبر 2018 ما يلي:

• FMC CORP 18.06٪ ALBEMARLE CORP 17.64٪ SAMSUNG SDI CO LTD 7.40٪ ENERSYS 6.91٪ QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6.62٪ LG CHEM LTD 5.41٪ GS YUASA CORP 4.95٪ PANASONIC CORP 4.60٪ TESLA INC 4.37٪ SIMPLO TECHNOLOGY CO 4.2

الخط السفلي

بطاريات الطاقة كانت دائما مهمة في العصر الحديث. ومع ذلك ، مع ظهور الحوسبة المتنقلة والسيارات الكهربائية ، سوف تستمر أهميتها في النمو فقط. في الوقت الحالي ، على سبيل المثال ، تمثل حزم طاقة البطارية أكثر من نصف تكلفة سيارة Tesla.

نظراً لأهميتها المتزايدة ، تكتسب الأبحاث في البطاريات الأحدث والأفضل القابلة لإعادة الشحن زخماً. قد يثبت أن بطاريات الليثيوم والهواء والليثيوم هي التقدم المهم. إذا كانت هذه التقنيات تؤتي ثمارها في النهاية ، فإن الاستثمار في الشركات الكبيرة العاملة في إنتاج البطاريات أو في شركات تصنيع الليثيوم أيون الخالصة أو التعرض غير المباشر عبر منتجي معادن الليثيوم يمكن أن يساعد في تعزيز الأداء المستقبلي للحافظة. ( لمعرفة المزيد ، راجع: الاستثمار في Megatrend التالي: Lithium .)