Da die Nachfrage nach mobilen Computern und rein elektrischen Autos steigt, stellen die Beschränkungen der gegenwärtigen Batterietechnologie einen Hindernispunkt dar. In den 1790er Jahren vom italienischen Physiker Alessandro Volta erfunden, war die elektrische Batterie das Arbeitspferd zahlreicher Geräte, Geräte und Maschinen.

Da Verbrauchsgeräte kleiner geworden sind und ihre ununterbrochene Verwendung vor dem Wiederaufladen wichtiger ist, ist es auch zunehmend wichtig geworden, dass Batterien sowohl miniaturisiert als auch energieeffizienter werden. Dies hat sich jedoch als technologische Hürde erwiesen, die, wenn sie übertroffen wird, eine wichtige und profitable Entwicklung für die High-Tech-Wirtschaft von morgen sein wird.

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Batterietechnologie

Alle elektrischen Batterien beruhen auf der grundlegenden chemischen Reaktion von Reduktion und Oxidation (Redox), die zwischen zwei verschiedenen Materialien auftreten kann. Diese Reaktionen sind in einem geschlossenen und verschlossenen Behälter untergebracht. Die Kathode oder der positive Anschluss wird durch die Anode oder den negativen Anschluss reduziert, an dem eine Oxidation auftritt. Die Kathode und die Anode sind physikalisch durch einen Elektrolyten getrennt, der es den Elektronen ermöglicht, leicht von einem Ende zum anderen zu fließen. Dieser Elektronenfluss verursacht ein elektrisches Potenzial, das einen elektrischen Strom ermöglicht, wenn eine Schaltung abgeschlossen ist.

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Einmal-Verbraucherbatterien (so genannte Primärbatterien), z. B. AA- und AAA-Zellen von Unternehmen wie Energizer (ENR ENREnergizer Holdings Inc41. 83 -0,2% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 ), verlassen Sie sich auf eine Technologie, die modernen Anwendungen nicht förderlich ist. Zum einen sind sie nicht wiederaufladbar. Diese so genannten Alkalibatterien verwenden eine Mangandioxidkathode und eine Zinkanode, die durch einen verdünnten Kaliumdioxidelektrolyten getrennt sind. Der Elektrolyt oxidiert das Zink in der Anode, während das Mangandioxid in der Kathode mit den oxidierten Zinkionen reagiert, um Elektrizität zu erzeugen. Allmählich bauen sich Reaktionsnebenprodukte im Elektrolyten auf und die Menge des zu oxidierenden Zinks wird verringert. Schließlich stirbt die Batterie. Diese Batterien liefern typischerweise eine Spannung von 1,5 Volt und können seriell angeordnet werden, um diese Menge zu erhöhen. Zum Beispiel liefern zwei AA-Batterien in Reihe drei Volt Strom.

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Wiederaufladbare Batterien (auch als Sekundärbatterien bezeichnet) arbeiten auf die gleiche Art und Weise, indem sie eine Reduktionsoxidationsreaktion zwischen zwei Materialien verwenden, aber sie ermöglichen auch, dass die Reaktion umgekehrt fließt. Die am häufigsten verwendeten wiederaufladbaren Batterien auf dem Markt sind Lithium-Ionen (LiOn), obwohl verschiedene andere Technologien auf der Suche nach einem funktionsfähigen wiederaufladbaren Akku versucht wurden, einschließlich Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Nickel-Cadmium (NiCd).

NiCd waren die ersten kommerziell erhältlichen wiederaufladbaren Batterien für den Massenmarkt, litten jedoch unter einer begrenzten Anzahl von Aufladungen. NiMH ersetzte NiCd-Batterien und konnte häufiger aufgeladen werden. Leider hatten sie eine sehr kurze Haltbarkeit, so dass sie, wenn sie nicht bald nach der Herstellung verwendet wurden, unwirksam sein könnten. LiOn-Batterien lösten diese Probleme, indem sie in einen kleinen Behälter kamen, der eine lange Haltbarkeit hatte und viele Ladungen zuließ. Aber, LiOn-Batterien sind nicht die am häufigsten verwendeten in der Unterhaltungselektronik wie mobile Geräte und Laptops. Diese Batterien sind viel teurer als Einweg-Alkalibatterien und kommen normalerweise nicht in den traditionellen Größen von AA, AAA, C, D usw. (Siehe auch: Lithium-Ionen-Batterie-Vorrat .)

Der letzte Typ von wiederaufladbaren Batterien, mit denen die meisten Menschen vertraut sind, sind flüssige Blei-Säure-Batterien, die am häufigsten als Autobatterien verwendet werden. Diese Batterien können viel Energie liefern (wie beim Kaltstart eines Autos), enthalten jedoch gefährliche Stoffe, darunter Blei und Schwefelsäure, die als Elektrolyt verwendet wird. Diese Batterien müssen mit Sorgfalt entsorgt werden, um die Umwelt nicht zu belasten oder Personen, die mit ihnen umgehen, zu schaden.

Das Ziel der gegenwärtigen Batterietechnologie ist es, eine Batterie zu schaffen, die die Leistung von LiOn-Batterien angleichen oder verbessern kann, jedoch ohne die hohen Kosten, die mit ihrer Herstellung verbunden sind. In der Lithium-Ionen-Familie wurden Anstrengungen unternommen, um zusätzliche Wirkstoffe hinzuzufügen, um die Effektivität der Batterie zu erhöhen und gleichzeitig den Preis zu senken. Zum Beispiel sind l Ithium-Kobalt (LiCoO 2) -Anordnungen heute in vielen Mobiltelefonen, Laptops, Digitalkameras und tragbaren Produkten zu finden. L Ithium-Mangan (LiMn2O4) -Zellen werden am häufigsten für Elektrowerkzeuge, medizinische Instrumente und elektrische Antriebsstränge verwendet, wie sie in Elektrofahrzeugen anzutreffen sind. (Weitere Informationen finden Sie unter: Warum sind Tesla Cars so teuer? )

Derzeit gibt es Teams, die Forschung und Entwicklung betreiben, um die Leistung von Lithium-basierten Batterien zu steigern. Lithium-Luft (Li-Air) Batterien sind eine aufregende neue Entwicklung, die eine viel größere Energiespeicherkapazität ermöglicht - bis zu 10 Mal mehr Kapazität als eine typische LiOn-Batterie. Diese Batterien würden Luft buchstäblich "atmen", indem sie freien Sauerstoff verwenden, um die Anode zu oxidieren. Während diese Technologie vielversprechend erscheint, gibt es eine Reihe von technologischen Problemen, einschließlich eines schnellen Aufbaus leistungssteigernder Nebenprodukte und des Problems des "plötzlichen Todes", bei dem die Batterie ohne Vorwarnung nicht mehr funktioniert.

Lithium-Metall-Batterien sind ebenfalls eine beeindruckende Entwicklung und versprechen fast viermal mehr Energieeffizienz als die derzeitige Elektroauto-Batterietechnologie. Diese Art von Batterie ist auch viel billiger herzustellen, was die Kosten von Produkten, die sie verwenden, senken wird. Sicherheitsprobleme sind jedoch ein großes Problem, da diese Batterien überhitzen, Feuer verursachen oder bei Beschädigung explodieren können.Andere neue Technologien, an denen gearbeitet wird, umfassen Lithium-Schwefel und Silizium-Kohlenstoff, aber diese Zellen befinden sich noch in den frühen Phasen der Forschung und sind noch nicht kommerziell realisierbar.

Investitionen in die Batterietechnologie

Wenn die Batterietechnologie in diese aufregende neue Richtung aufbricht, wird sie die Produktionskosten für die Unterhaltungselektronik und für Elektrofahrzeuge, wie sie von Tesla Motors produziert werden, senken. (TSLA TSLATesla Inc306. 05 + 1. 08% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 ). Tesla hat kürzlich den Bau einer "Gigafactory" angekündigt, um nicht nur mehr Fahrzeuge zu produzieren, sondern auch eigene LiOn-Batterien im eigenen Haus zu produzieren, in Verbindung mit dem japanischen Elektronikriesen Panasonic (ADR: PCRFY). Indem Tesla das Problem der Batterieproduktion in die eigenen Hände nimmt, hat es möglicherweise einen guten Weg gefunden, um Investitionen sowohl in Elektroautos als auch in Batterietechnologien zu realisieren. (Siehe auch: Hybrid Battery Plays .)

Nach einem Bericht des Energieberaters Navigant Research, LG Chem aus Südkorea, Johnson Controls (JCI JCIJohnson Controls International PLC40, 99-0, 24% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 ) und AESC in Privatbesitz sind führend im Bereich der Batterietechnologie. Diesen Firmen folgen Panasonic, Hitachi (ADR: HTHIY), Toshiba (ADR: TOSBF), Samsung (ADR: SSNLF) und EnerSys (ENS ENSEnerSys Inc68. 00-1. 06% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 ).

Von diesen Unternehmen ist nur EnerSys ein reines Batteriespiel. Es ist derzeit der weltweit größte Hersteller von Industriebatterien. Alle anderen Unternehmen sind zwar in der Branche innovativ, beteiligen sich aber auch an anderen Unternehmen. Es können kleinere, reine Unternehmen entstehen, die derzeit nicht an der Spitze der Branche stehen. Für diejenigen Investoren, die ein reines Spiel suchen, gibt es einige Optionen:

• Arotech Corp (ARTX ARTXArotech Corp3. 90 + 1. 30% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 entwickelt und vertreibt Lithium- und Zink-Luft-Batterien und zählt das US-Militär zu seinen Kunden.
• PolyPore Inc. (PPO) produziert hoch spezialisierte Lithium-Polymer-Batterien hauptsächlich für industrielle und medizinische Zwecke.
• Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) ist ein alternativer Energieversorger mit einem Mehrheits-Joint Venture mit Delphi Automotive (DLPH DLPHDelphi Automotive PLC97. 26-0. 01% Created with Highstock 4 2. 6 ), um Batterielösungen für Elektrofahrzeuge zu schaffen.
• Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) ist ein britisches Unternehmen, das Nanotechnologie und den Werkstoff Graphen nutzt, um unter anderem graphenbasierte Batterien herzustellen. Angewandte Graphenmaterialien (OTCMKTS: APGMF) forschen ebenfalls für solche Anwendungen.

Für diejenigen, die eine indirekte Exposition anstreben, sind die drei größten Lithiumerzproduzenten chilenische Unternehmen Sociedad Quimica y Minera (SQM SQMSoquimich59. 83 + 1. 51% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 ), FMC Corp. (FMC FMCFMC Corp93. 51 + 2.80% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 ) und Rockwood (ROC). Es gibt auch einen Lithium-Aktien-ETF, der unter dem Tickersymbol LIT LITGlb X Lth & Battr40 gehandelt wird. 01 + 1. 21% Erstellt mit Highstock 4. 2. 6 . ( Weitere Informationen finden Sie unter: Investieren in den nächsten Megatrend: Lithium .)

Die letzte Zeile

Batterien für die Stromversorgung waren schon immer wichtig in der modernen Zeit. Mit dem Aufkommen von mobilen Computern und Elektroautos wird ihre Bedeutung jedoch nur weiter zunehmen. Momentan machen zum Beispiel Batteriesätze mehr als die Hälfte der Kosten eines Tesla-Automobils aus. (Siehe auch: Wie kann man am besten in Elektroautos investieren, wenn man in den Automobilsektor investiert? )

Wegen ihrer wachsenden Bedeutung gewinnt die Erforschung neuer und besser wiederaufladbarer Batterien an Bedeutung. Lithium-Luft- und Lithium-Metall-Batterien können sich als der entscheidende Fortschritt erweisen. Wenn sich diese Technologien am Ende auszahlen, können Investitionen in große Unternehmen, die in die Batterieproduktion involviert sind, in reine Lithium-Ionen-Hersteller oder indirekt durch Lithium-Metall-Produzenten dazu beitragen, die zukünftige Performance eines Portfolios zu verbessern.