Synpunkt: Race är på väg att avvärja en EV -batterisförsörjningskris
Minskad tillgänglighet av dessa välbehövliga råvaror, i kombination med växande oro över de geopolitiska och ibland renommériskerna som är kopplade till att köpa dem från gruvor i länder som står inför socioekonomiska och miljöutmaningar, driver sökandet efter alternativa batterikemiker.
Medan litium är allmänt tillgängligt i jordskorpan, har den senaste Global Push to Mainstream Battery Electric Vehicle (BEV) produktion orsakat efterfrågan på att detta råmaterial svävar, och priserna har ökat exponentiellt. Under 2015 var endast 30% av litiumbehovet för batterier, men år 2030 förväntas detta ha ökat till 95%.
En rapport som nyligen publicerats av Advanced Propulsion Center UK har kommit fram till att ett blygsamt globalt litiumunderskott troligen är 2025, betydligt breddar 2030. Om nuvarande gruvor inte kan möta den globala efterfrågan, kommer batteriproducenten inte att kunna källa litium De behöver, potentiellt stoppa BEV-produktion och förhindra att nettoutsläppsmål uppfylls. Att skapa nya gruvor är ett alternativ, men det skulle ta år.
Sourcing litium är inte det enda problemet, nickel och kobolt är också bristfälliga. Frågor kring de praxis som används för att extrahera dessa specifika mineraler är också en viktig övervägande för biltillverkare. Tesla har nyligen angett sin strategi för att köpa mineraler direkt från gruvor i ett försök att säkra leveranser och hålla ett nära öga på kvalitet och etiska standarder.
Rutten
I ett lopp för att förhindra en försörjningskris på väg till elektrifiering undersöker biltillverkare potentialen för alternativa batterikemister. Tesla använder Litium Iron Phosphate (LFP) -batterier för sina modell 3 och andra standardintervall. Medan LFP-batterier har lägre energitäthet är laddnings- och säkerhetsegenskaperna bättre än deras nickelbaserade motsvarigheter och drar nytta av en längre livslängd.
Andra batterikemister som för närvarande är under utveckling inkluderar grafenbatterier, som kan ersätta behovet av litiumjonbatterier i framtiden. För batteritillverkare har grafen flera fördelar jämfört med befintliga litiumjonkemister, inklusive snabbare laddningstider, mer motstånd mot slitage, förbättrad säkerhet och en längre livslängd. Den största nackdelen är för närvarande kostnad, även om detta kan minska i framtiden. Den kinesiska biltillverkaren, GAC, var först att marknadsföra med ett grafenbatteri i sin allelektriska SUV, Aion V, som gick i produktion förra året.
All-Solid-State-batterier (ASSB) är också i fokus för en hel del innovationsaktiviteter och patentansökningsaktivitet är intensiv. Detta område med FoU har beskrivits som den "heliga gralen" för EV-batteritillverkare, åtminstone på kort sikt, på grund av dess potential att fördubbla energitätheten för ett standard litiumjonbatteri. Tekniken involverar att ersätta flytande elektrolyt med fast elektrolyt, som medan tyngre kan öka batteriets prestanda och, viktigast för bilisten, öka körområdet.
Litiumjonpatentansökande jättar som Samsung, Panasonic, LG och Toyota är aktiva på detta område och kan förväntas fortsätta att driva solid state innovation framåt. Särskilt Toyota verkar omfamna Solid State -teknik och var ansvarig för att lämna in cirka 15% av alla patentansökningar som hänför sig till solid statsteknik vid European Patent Office (EPO) under perioden 2014 - 2018. Mainstream -produktion av ASSB: er tros vara Bara några år bort, och de flesta biltillverkare arbetar redan med tekniska partners för att utveckla denna teknik.
Även om det ännu inte kommer att kommersialiseras, är en annan löpare i loppet för att avvärja en EV-batteriförsörjningskris natrium-jon-teknik. Trots att de liknar litiumjonbatterier är natriumbatterier potentiellt mer miljövänliga eftersom de huvudsakligen använder natriumklorid, vilket är rikligt i havet och är relativt lätt att komma åt. Till skillnad från litiumjonbatterier är de inte beroende av nickel, kobolt och mangan, och använder istället allmänt tillgängligt material som Preussian Blue, ett ferrocyanidsalt som oftare används som pigment i färg. Tech Company, Natron, har utvecklat ett antal branschledande natriumjonbatteritekniker och kommer att påbörja massproduktionen av sin kommersiella produkt 2023.
Snabb
Tävlingen till EVS är den största och snabbaste förändringen som bilindustrin någonsin har sett och nivån på innovationsaktivitet som är riktad till att hitta nya batterikemister är enastående.
Uppgifter som publicerats av EPO bekräftar att patentansökningar för icke-litiumjonkemiuppfinningar ökar stadigt. Det är fortfarande oklart vilken teknik som kommer att bli dominerande i framtiden, men vinnaren kommer sannolikt att vara en som kan förhindra en försörjningskris samtidigt som man levererar en mer hållbar lösning som ger bilisterna den prestanda de förväntar sig.
Ben Palmer är partner och patentadvokat vid Europeiska fastighetsföretaget, Withers & rogers. Han har specialiserad kunskap om batteriteknologier och EV -industrin.