Οι κατασκευαστές μπαταριών EV αγωνίζονται για να μειώσουν την κυριαρχία της Κίνας στον τομέα των μπαταριών αναπτύσσοντας φθηνότερα υλικά κυψελών
Αμερικάνικες και ευρωπαϊκές νεοφυείς επιχειρήσεις αγωνίζονται να αναπτύξουν νέες batteries χρησιμοποιώντας δύο άφθονα, φθηνά υλικά, το νάτριο και θείο, που θα μπορούσαν να μειώσουν την κυριαρχία των μπαταριών της Κίνας, να διευκολύνουν τα διαφαινόμενα σημεία συμφόρησης στον εφοδιασμό και να οδηγήσουν σε μαζική αγορά ηλεκτρικών οχημάτων.
Τα σημερινά EV λειτουργούν με μπαταρίες ιόντων λιθίου, κατασκευασμένες κυρίως από λίθιο, κοβάλτιο, μαγγάνιο και νικέλιο υψηλής ποιότητας, των οποίων οι τιμές έχουν εκτιναχθεί στα ύψη.
Οι δυτικοί παραγωγοί δυσκολεύονται να καλύψουν τη διαφορά με τους Ασιάτες αντιπάλους τους και οι αυτοκινητοβιομηχανίες αναμένουν ότι τα σημεία συμφόρησης στον εφοδιασμό θα πλήξουν την παραγωγή αυτοκινήτων γύρω στα μέσα της δεκαετίας.
Τα ηλεκτρικά οχήματα του μέλλοντος, αυτά που θα φτάσουν μετά το 2025, θα μπορούσαν να στραφούν σε μπαταρίες ιόντων νατρίου ή θειούχου λιθίου που θα μπορούσαν να είναι έως και δύο τρίτα φθηνότερα από τα σημερινά στοιχεία ιόντων λιθίου.
Αλλά η υπόσχεσή τους εξαρτάται από πιθανές ανακαλύψεις στην ηλεκτροχημεία από νεοφυείς επιχειρήσεις όπως η Theion με έδρα το Βερολίνο και η Faradion με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο, καθώς και η Lyten στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Οι νεότερες χημικές μπαταρίες έχουν προβλήματα που πρέπει να ξεπεραστούν. Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου δεν αποθηκεύουν ακόμη αρκετή ενέργεια, ενώ οι κυψέλες θείου τείνουν να διαβρώνονται γρήγορα και δεν διαρκούν πολύ.
Ωστόσο, περισσότερες από δώδεκα νεοφυείς επιχειρήσεις έχουν προσελκύσει εκατομμύρια δολάρια σε επενδύσεις, καθώς και κρατικές επιχορηγήσεις, για την ανάπτυξη νέων ειδών μπαταριών.
Προς το παρόν, η Κίνα κυριαρχεί στην παραγωγή μπαταριών, συμπεριλαμβανομένης της εξόρυξης και της διύλισης πρώτων υλών.
Η Benchmark Mineral Intelligence, μια εταιρεία συμβούλων με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο, εκτιμά ότι η Κίνα διαθέτει επί του παρόντος το 75 % της παγκόσμιας ικανότητας διύλισης κοβαλτίου και το 59 % της ικανότητας επεξεργασίας λιθίου.
«Εξακολουθούμε να εξαρτόμαστε από μια αλυσίδα εφοδιασμού υλικών από την Κίνα», δήλωσε ο James Quinn, διευθύνων σύμβουλος της βρετανικής startup μπαταριών ιόντων νατρίου Faradion, η οποία έλαβε περισσότερα από 1 εκατομμύριο δολάρια σε κρατικές επιχορηγήσεις από την Innovate UK προτού την αγοράσει ο ινδικός όμιλος Reliance πέρυσι για 117 εκατομμύρια δολάρια. «Αν κοιτάξετε τις παγκόσμιες γεωπολιτικές επιπτώσεις αυτού, είναι μια πρόκληση για την ενεργειακή, την οικονομική και την εθνική ασφάλεια».
Οι ασιατικοί γίγαντες μπαταριών εργάζονται επίσης σε νέες χημικές ουσίες. Η κινεζική CATL έχει δηλώσει ότι σχεδιάζει να αρχίσει να παράγει κύτταρα ιόντων νατρίου το 2023. Η κορεατική LG Energy Solution στοχεύει να ξεκινήσει την παραγωγή κυψελών θείου λιθίου έως το 2025.
Η τεχνολογία της μπαταρία
Το πιο ακριβό στοιχείο μιας μπαταρίας EV είναι η κάθοδος, η οποία αντιπροσωπεύει έως και το ένα τρίτο του κόστους μιας μπαταρίας.
Οι περισσότερες μπαταρίες EV σήμερα χρησιμοποιούν έναν από τους δύο τύπους καθόδων: Νικέλιο κοβάλτιο μαγγάνιο (NCM) ή φωσφορικό σίδηρο του λιθίου (LFP).
Οι κάθοδοι NCM είναι ικανές να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια, αλλά χρησιμοποιούν ακριβά υλικά (νικέλιο, κοβάλτιο). Οι κάθοδοι LFP συνήθως δεν κρατούν τόση ενέργεια, αλλά είναι ασφαλέστερες και τείνουν να είναι λιγότερο ακριβές επειδή χρησιμοποιούν υλικά που είναι πιο άφθονα.
Το κόστος των βασικών υλικών καθόδου όπως το νικέλιο και το κοβάλτιο έχει εκτοξευθεί στα ύψη τα τελευταία δύο χρόνια.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τόσες πολλές εταιρείες ελπίζουν να υποκαταστήσουν φθηνότερα, πιο άφθονα υλικά όπως το νάτριο και το θείο, εάν μπορούν να ξεπεραστούν οι τεχνικοί περιορισμοί τους.
«Το ιόν νατρίου έχει σίγουρα μια θέση, ειδικά για σταθερή αποθήκευση και οχήματα χαμηλής ποιότητας σε ευαίσθητες στο κόστος αγορές όπως η Κίνα, η Ινδία, η Αφρική και η Νότια Αμερική», λέει ο σύμβουλος Prabhakar Patil, πρώην στέλεχος της LG Chem.
«Το κόστος εισαγωγής για το θειούχο λίθιο είναι πιθανό να είναι ποιοτικότερο, παρόλο που έχει τη δυνατότητα να είναι χαμηλότερο το κόστος», δήλωσε ο Patil.
Η Amandarry με έδρα το Μίσιγκαν και η βρετανική startup AMTE Power αναπτύσσουν μπαταρίες ιόντων νατρίου χρησιμοποιώντας χλωριούχο νάτριο λ, βασικά επιτραπέζιο αλάτι, ως κύριο συστατικό καθόδου. Δεν χρειάζονται λίθιο, κοβάλτιο ή νικέλιο, τα τρία πιο ακριβά συστατικά της μπαταρίας.
Ο Jeff Pratt, Διευθύνων Σύμβουλος του Κέντρου Βιομηχανικής Βιομηχανίας Μπαταριών του Ηνωμένου Βασιλείου – ένα εργοστάσιο με κρατική χρηματοδότηση 130 εκατομμυρίων λιρών (153 εκατομμυρίων δολαρίων) που νοικιάζει τις γραμμές παραγωγής του σε νεοφυείς επιχειρήσεις για να δοκιμάσει τη χημική σύνθεση των μπαταριών – είπε ότι προσπαθεί να τοποθετήσει τα κύτταρα μιας startup ιόντων νατρίου σε ένα γεμάτο πρόγραμμα παραγωγής γιατί είναι «στρατηγικά σημαντικό» για τις ελπίδες της Βρετανίας να βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ανάπτυξης νέων, καλύτερων μπαταριών.
Οι αμερικανικές εταιρείες Lyten και Conamix, η γερμανική Theion και η Morrow της Νορβηγίας αναπτύσσουν καθόδους θείου λιθίου που χρειάζονται ακόμα λίθιο σε μικρότερες ποσότητες, αλλά όχι νικέλιο ή κοβάλτιο.
Χρησιμοποιώντας πανταχού παρόντα υλικά καθόδου, το θείο χρησιμοποιείται ευρέως στα λιπάσματα, άρα είναι φθηνό όπως το αλάτι, αυτές οι νεοφυείς επιχειρήσεις ισχυρίζονται ότι το κόστος της μπαταρίας θα μπορούσε να μειωθεί έως και κατά τα δύο τρίτα, δυνητικά καθιστώντας τα EV προσιτά πέρα από τις μεσαίες τάξεις.
Οι τρέχουσες μπαταρίες EV κυμαίνεται συνήθως στο κόστος από 10.000$-12.000$.
«Εάν μπορούμε να πετύχουμε τους στόχους που έχουμε ταυτίσει με μερικές από τις μεγαλύτερες αυτοκινητοβιομηχανίες στον κόσμο, τότε θα μπούμε στον ανταγωνισμό», δήλωσε η CEO της Conamix, Charlotte Hamilton.
Η διαδρομή
Οι νεοσύστατες μπαταρίες λένε ότι συνομιλούν με μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες, μερικές από τις οποίες δοκιμάζουν ενεργά νέες μπαταρίες που θα μπορούσαν να κυκλοφορήσουν σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα μαζικής παραγωγής πριν από το τέλος της δεκαετίας. Οι εταιρείες αυτοκινήτων είναι πρόθυμες να διατηρήσουν τις επιλογές τους ανοιχτές.
«Με την πάροδο του χρόνου, θα βγουν περισσότερες χημικές ουσίες (μπαταρίες)», είπε η Linda Zhang, επικεφαλής μηχανικός στο ηλεκτρικό φορτηγό F150 Lightning της Ford. «Θα ήταν ανόητο να μην εκμεταλλευτούμε αυτές τις χημείες».
Στην Ημέρα Μπαταρίας 2020 της Tesla, ο Διευθύνων Σύμβουλος Έλον Μασκ είπε ότι θα χρειαζόταν μια «τριών επιπέδων προσέγγιση» στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά για την κατασκευή «πραγματικά οικονομικά» ηλεκτρικών οχημάτων — κυρίως με κυψέλες μπαταρίας LFP με βάση σίδηρο — καθώς και μεγαλύτερες, περισσότερες ισχυρά και ακριβά ηλεκτρικά οχήματα που χρησιμοποιούν κύτταρα NCM ή NCA με βάση το νικέλιο με υλικό καθόδου κοβαλτίου ή αλουμινίου.
Οι προγραμματιστές μπαταριών ελπίζουν ότι μπορούν να προσθέσουν μπαταρίες ιόντων νατρίου και θείου λιθίου στη γκάμα που είναι ανοιχτή στην αυτοκινητοβιομηχανία.
Ο Duncan Williams, διευθύνων σύμβουλος της συμβουλευτικής Nomura Greentech, είπε ότι οι πρόσφατες ανακαλύψεις κλείνουν το χάσμα σε θέματα όπως η ενεργειακή πυκνότητα και η διάρκεια ζωής του κύκλου, «έτσι θα περιμέναμε να δούμε και τις δύο αυτές εναλλακτικές λύσεις να παίρνουν μερίδιο αγοράς στο μέλλον».
Η Amandarry με έδρα το Μίσιγκαν παράγει ήδη κύτταρα ιόντων νατρίου στο εργοστάσιό της στο Haining της Κίνας, επομένως αυτά τα κύτταρα δεν θα πληρούν τις προϋποθέσεις για κίνητρα βάσει του νόμου για τη μείωση του πληθωρισμού των ΗΠΑ.
Η εταιρεία λέει ότι θα κατασκευάσει επίσης ένα εργοστάσιο στη Βόρεια Αμερική.
Ο συνεργάτης Amy Chen λέει ότι η πρώτη εφαρμογή μεταφοράς του Amandarry θα είναι πιθανότατα ηλεκτρικά δίτροχα.
Εκτός από ένα πλεονέκτημα κόστους, ο Chen λέει ότι οι μπαταρίες της Amandarry μπορούν να φορτιστούν πολύ γρήγορα — 80 τοις εκατό σε 15 λεπτά.
Ο διευθύνων σύμβουλος της AMTE Power, Kevin Brundish, δήλωσε ότι η εταιρεία ξεκινά αρχικά με μπαταρίες για σταθερά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται από τους φορείς εκμετάλλευσης δικτύου, όπου η πυκνότητα ενέργειας είναι λιγότερο σημαντική.
Ο Quinn της Faradion είπε ότι οι μπαταρίες της εταιρείας είναι επίσης ήδη ανταγωνιστικές με τις κυψέλες LFP και έχει δημιουργήσει μια κοινοπραξία για την αποθήκευση ενέργειας με τον γίγαντα των αγροτικών επιχειρήσεων ICM Australia.
Ο Quinn είπε ότι σε σχετικά χαμηλή κλίμακα οι μπαταρίες της Faradion θα πρέπει να είναι κατά ένα τρίτο λιγότερο ακριβές από τις μπαταρίες LFP με βάση το σίδηρο.
Είπε ότι η Faradion είχε συζητήσεις με «τις περισσότερες μεγάλες εταιρείες αυτοκινήτων».
«Μέσα στα επόμενα τρία με πέντε χρόνια, θα δείτε (τις μπαταρίες μας) στο δρόμο».
«Η χημεία του μέλλοντος»
Το θείο είναι μια «κακή σκληρή χημεία» για να λειτουργήσει στις μπαταρίες, λέει η Celina Mikolajczak, επικεφαλής τεχνικής υπεύθυνης μπαταριών στη startup Lyten με έδρα την Καλιφόρνια, η οποία έχει προσελκύσει 47,5 εκατομμύρια δολάρια από επενδυτές, σύμφωνα με τον επενδυτικό ιστότοπο PitchBook.
Αλλά, τόνισε, είναι «η χημεία του μέλλοντος, η χημεία που φέρει τις μπαταρίες στη μαζική αγορά».
Ο Ulrich Ehmes, Διευθύνων Σύμβουλος του Theion, ισχυρίζεται ότι το πρόβλημα με το θείο είναι ότι είναι τόσο διαβρωτικό που σκοτώνει μια μπαταρία μετά από 30 φορτίσεις.
Ωστόσο, είπε ότι η εταιρεία με έδρα το Βερολίνο, η οποία υποστηρίζεται από πολλούς ιδιώτες επενδυτές, έχει αναπτύξει έναν τρόπο επεξεργασίας και επικάλυψης ενός ηλεκτροδίου του θειούχου λιθίου που θα το κάνει να διαρκέσει μια ζωή στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο.
Η Theion αναμένει να αρχίσει να προμηθεύει μπαταρίες αργότερα αυτό το έτος σε αντλίες τροφοδοσίας και σε διαστημικούς πυραύλους κατά την εκτόξευση. Ο Ehmes είπε ότι η εταιρεία σχεδιάζει να αρχίσει να στέλνει δοκιμαστικά κύτταρα στους κατασκευαστές οχημάτων το 2024, με τις πρώτες εφαρμογές EV παραγωγής να αναμένονται γύρω στο 2027.
Η Theion πιστεύει ότι οι κάθοδοι θείου του λιθίου της θα μπορούσαν να αποθηκεύσουν τρεις φορές περισσότερη ενέργεια από τις τυπικές κυψέλες NCM, να φορτίσουν εξαιρετικά γρήγορα και να μειώσουν το κόστος της μπαταρίας κατά τα δύο τρίτα, σε περίπου 34 $ ανά κιλοβατώρα.
«Είναι φθηνό, έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, οπότε φαίνεται να είναι εύστοχο», συμπλήρωσε ο Ehmes.
Ο Tony Harper, διευθυντής του Faraday Battery Challenge, του προγράμματος της βρετανικής κυβέρνησης που επενδύει στην προώθηση νέων τεχνολογιών μπαταριών, είπε ότι η αυτοκινητοβιομηχανία ανησυχεί όλο και περισσότερο για τις προμήθειες λιθίου, κοβαλτίου, μαγγανίου και νικελίου, επομένως οι νέες χημικές ουσίες είναι ζωτικής σημασίας.
«Αυτό θα προσθέσει πίεση σε αυτό που πιστεύαμε ότι θα ήταν μια πολύ, πολύ δύσκολη κατάσταση», τόνισε ο Χάρπερ.
