Viewpoint: Race is ingeschakeld om een EV -batterijcrisis af te wenden
Verminderde beschikbaarheid van deze broodnodige grondstoffen, gecombineerd met de groeiende bezorgdheid over de geopolitieke en soms reputatierisico's die zijn verbonden aan het kopen van mijnen in landen die worden geconfronteerd met sociaal-economische en milieu-uitdagingen, is het zoeken naar alternatieve batterijchemistries.
Hoewel lithium op grote schaal beschikbaar is in de korst van de aarde, heeft de recente wereldwijde push to mainstream batterij elektrische voertuigen (BEV) -productie ertoe gebracht de vraag naar deze grondstof te laten stijgen en de prijzen zijn exponentieel toegenomen. In 2015 was slechts 30% van de lithiumvraag naar batterijen, maar tegen 2030 zal dit naar verwachting zijn toegenomen tot 95%.
Een rapport dat onlangs is gepubliceerd door het Advanced Propulsion Center UK, heeft geconcludeerd dat een bescheiden wereldwijd lithiumtekort waarschijnlijk in 2025 is, aanzienlijk groter in 2030. Als de huidige mijnen niet in staat zijn om aan de wereldwijde vraag te voldoen, kunnen batterijmakers het lithium niet vinden Ze moeten de BEV-productie mogelijk stoppen en voorkomen dat de netto-nul-emissiedoelen worden bereikt. Het maken van nieuwe mijnen is een optie, maar dit zou jaren duren.
Lithium inkoop is niet het enige probleem, nikkel en kobalt zijn ook schaars. Kwesties rond de praktijken die worden gebruikt om deze specifieke mineralen te extraheren, zijn ook een belangrijke overweging voor autofabrikanten. Tesla heeft onlangs zijn strategie uiteengezet om mineralen rechtstreeks uit mijnen te verzorgen in een poging om benodigdheden te beveiligen en de kwaliteit en ethische normen nauwlettend in de gaten te houden.
De route
In een race om een voedingscrisis op route naar elektrificatie te voorkomen, onderzoeken autofabrikanten het potentieel van alternatieve batterijchemie. Tesla gebruikt lithiumijzerfosfaat (LFP) batterijen voor zijn model 3 en andere standaardbereiken. Hoewel LFP-batterijen een lagere energiedichtheid hebben, zijn de laad- en veiligheidseigenschappen beter dan hun nikkelgebaseerde tegenhangers en profiteren van een langere levensduur.
Andere batterijchemie die momenteel in ontwikkeling zijn, zijn grafeenbatterijen, die in de toekomst de behoefte aan lithium-ionbatterijen kunnen vervangen. Voor batterijfabrikanten heeft grafeen verschillende voordelen ten opzichte van bestaande lithium-ionchemie, waaronder snellere oplaadtijden, meer weerstand tegen slijtage, verbeterde veiligheid en een langere levensduur. Het belangrijkste nadeel is momenteel kosten, hoewel dit in de toekomst zou kunnen verminderen. De Chinese autofabrikant, GAC, was de eerste op de markt met een grafeenbatterij in zijn volledig elektrische SUV, de Aion V, die vorig jaar in productie ging.
All-Solid-state batterijen (ASSB's) zijn ook de focus van veel innovatieactiviteit en patentaanvraagactiviteit is intens. Dit gebied van O&O is beschreven als de ‘Holy Grail’ voor EV-batterijfabrikanten, althans op de korte termijn, vanwege het potentieel om de energiedichtheid van een standaard lithium-ionbatterij te verdubbelen. De technologie omvat het vervangen van vloeibare elektrolyt door vaste elektrolyt, wat, hoewel zwaarder de batterijprestaties kan verhogen en, belangrijk voor de automobilist, het drivingbereik kan verhogen.
Het lithium-ionen octrooi dat reuzen indient, zoals Samsung, Panasonic, LG en Toyota, zijn actief op dit gebied en kan worden verwacht dat ze innovatie van Solid State blijven besturen. Vooral Toyota lijkt vaste technologie te omarmen en was verantwoordelijk voor het indienen van ongeveer 15% van alle patentaanvragen met betrekking tot vaste technologie bij het European Patent Office (EPO) in de periode 2014 - 2018. Mainstream productie van ASSBS wordt verondersteld te zijn. Slechts een paar jaar weg, en de meeste autofabrikanten werken al samen met tech -partners om deze technologie te ontwikkelen.
Hoewel het nog moet worden gecommercialiseerd, is een andere hardloper in de race om een EV-batterijcrisis te voorkomen, natrium-iontechnologie. Ondanks dat het vergelijkbaar is in de bouw van lithium-ionbatterijen, zijn natriumbatterijen potentieel milieuvriendelijker omdat ze voornamelijk natriumchloride gebruiken, dat overvloedig is in de oceaan, en relatief gemakkelijk toegankelijk is. In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen zijn ze niet afhankelijk van nikkel, kobalt en mangaan, en gebruiken ze in plaats daarvan veel beschikbare materialen zoals Pruisisch blauw, een ferrocyanidezout dat vaker wordt gebruikt als een pigment in verf. Technologiebedrijf, Natron, heeft een aantal toonaangevende natrium-ionbatterijtechnologieën ontwikkeld en zal in 2023 de massaproductie van zijn commerciële product beginnen.
Snel
De race naar EVS is de grootste en meest snelle verandering die de auto -industrie ooit heeft gezien en het niveau van innovatieactiviteit gericht op het vinden van nieuwe batterijchemie is ongekend.
Gegevens gepubliceerd door de EPO bevestigen dat patentaanvragen voor niet-lithium-ion chemie-uitvindingen gestaag toenemen. Het blijft onduidelijk welke technologie in de toekomst dominant zal worden, maar de winnaar is waarschijnlijk een die in staat is om een aanbodcrisis te voorkomen en tegelijkertijd een duurzamere oplossing te leveren die automobilisten de prestaties geeft die ze verwachten.
Ben Palmer is partner en patentadvocaat bij het Europese bedrijf van intellectueel eigendom, Withers & Rogers. Hij heeft gespecialiseerde kennis van batterijtechnologieën en de EV -industrie.