Khi nhu cầu về điện toán di động và ô tô chạy điện hoàn toàn tăng lên, những hạn chế của công nghệ pin hiện tại là một rào cản. Được phát minh vào những năm 1790 bởi nhà vật lý người Ý Alessandro Volta, pin điện đã trở thành vật dụng của nhiều thiết bị, thiết bị và máy móc.
Khi các thiết bị tiêu dùng đã trở nên nhỏ hơn và việc sử dụng không bị gián đoạn trước khi sạc lại quan trọng hơn, nó cũng ngày càng trở nên quan trọng đối với pin để trở nên thu nhỏ và tiết kiệm năng lượng hơn. Tuy nhiên, điều này đã được chứng minh là một trở ngại công nghệ, nếu vượt qua, sẽ là một sự phát triển quan trọng và mang lại lợi nhuận cho nền kinh tế công nghệ cao vào ngày mai.
Công nghệ pin
Tất cả các pin điện dựa trên phản ứng hóa học cơ bản của quá trình khử và oxy hóa (oxi hóa khử) có thể xảy ra giữa hai vật liệu khác nhau. Những phản ứng này được đặt trong một hộp kín và kín. Cực âm, hoặc cực dương bị giảm bởi cực dương, hoặc cực âm, nơi xảy ra quá trình oxy hóa. Cực âm và cực dương được phân tách vật lý bằng chất điện phân cho phép các electron dễ dàng di chuyển từ cực này sang cực khác. Dòng điện tử này gây ra một điện thế, cho phép tạo ra dòng điện khi mạch hoàn thành.
Pin tiêu dùng dùng một lần (được gọi là pin chính), chẳng hạn như pin cỡ AA và AAA được sản xuất bởi các công ty như Energizer (ENR), dựa trên công nghệ không có lợi cho các ứng dụng hiện đại. Đối với một, họ không thể sạc lại. Những pin được gọi là pin kiềm này sử dụng cực âm mangan dioxide và cực dương kẽm, được phân tách bằng chất điện phân kali dioxide loãng. Chất điện phân oxy hóa kẽm ở cực dương trong khi mangan điôxit ở cực âm phản ứng với các ion kẽm bị oxy hóa để tạo ra điện. Dần dần, các sản phẩm phụ phản ứng tích tụ trong chất điện phân và lượng kẽm còn lại để bị oxy hóa bị giảm đi. Cuối cùng, pin chết. Những pin này thường cung cấp 1, 5 volt điện và có thể được sắp xếp theo kiểu nối tiếp để tăng lượng điện đó. Ví dụ, hai pin AA nối tiếp cung cấp ba volt.
Pin sạc (được gọi là pin thứ cấp) hoạt động theo cùng một cách, sử dụng phản ứng oxy hóa giảm giữa hai vật liệu, nhưng chúng cũng cho phép phản ứng chảy ngược lại. Pin sạc được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường hiện nay là lithium-ion (LiOn), mặc dù nhiều công nghệ khác cũng đã được thử trong quá trình tìm kiếm pin sạc khả thi, bao gồm hydrua kim loại niken (NiMH) và niken-cadmium (NiCd).
NiCd là loại pin sạc thương mại đầu tiên được sử dụng cho thị trường đại chúng nhưng bị ảnh hưởng bởi khả năng chỉ có một số lần sạc hạn chế. NiMH thay pin NiCd và có thể được sạc thường xuyên hơn. Thật không may, chúng có thời hạn sử dụng rất ngắn, vì vậy nếu chúng không được sử dụng ngay sau khi được sản xuất, chúng có thể không hiệu quả. Pin LiOn đã giải quyết những vấn đề này bằng cách cho vào một hộp nhỏ, có thời hạn sử dụng lâu và cho phép sạc nhiều lần. Nhưng, pin LiOn không được sử dụng phổ biến nhất trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như thiết bị di động và máy tính xách tay. Những pin này đắt hơn rất nhiều so với pin kiềm dùng một lần và thường không có các kích cỡ truyền thống của AA, AAA, C, D, v.v.
Loại pin sạc cuối cùng mà hầu hết mọi người quen thuộc là pin chì-axit lỏng, thường được sử dụng làm pin xe hơi. Những loại pin này có thể cung cấp rất nhiều năng lượng (như khi khởi động xe lạnh), nhưng chứa các vật liệu nguy hiểm, bao gồm chì và axit sulfuric, được sử dụng làm chất điện phân. Những loại pin này phải được xử lý cẩn thận để không gây ô nhiễm môi trường hoặc gây hại cho những người xử lý chúng.
Mục tiêu của công nghệ pin hiện tại là tạo ra một loại pin có thể phù hợp hoặc cải thiện hiệu suất của pin LiOn, nhưng không có chi phí lớn liên quan đến việc sản xuất chúng. Trong gia đình lithium ion, các nỗ lực đã được tập trung vào việc thêm các thành phần bổ sung để tăng hiệu quả của pin trong khi hạ giá thành. Ví dụ, các sắp xếp lithium-coban (LiCoO2) hiện được tìm thấy trong nhiều điện thoại di động, máy tính xách tay, máy ảnh kỹ thuật số và các sản phẩm đeo được. Các tế bào lithium-mangan (LiMn2O4) được sử dụng phổ biến nhất cho các dụng cụ điện, dụng cụ y tế và hệ truyền động điện, chẳng hạn như các tế bào được tìm thấy trong xe điện. (Để biết thêm, xem: Tại sao xe Tesla lại đắt như vậy? )
Hiện tại, có những nhóm tiến hành nghiên cứu và phát triển để tăng hiệu suất của pin dựa trên lithium. Pin lithium-air (Li-Air) là một sự phát triển mới thú vị có thể cho phép dung lượng lưu trữ năng lượng lớn hơn nhiều - dung lượng gấp 10 lần so với pin LiOn thông thường. Những pin này theo nghĩa đen sẽ "hít thở" không khí bằng cách sử dụng oxy tự do để oxy hóa cực dương. Mặc dù công nghệ này có vẻ đầy hứa hẹn, có một số vấn đề về công nghệ, bao gồm sự tích tụ nhanh chóng của các sản phẩm phụ giảm hiệu suất và vấn đề "chết đột ngột" trong đó pin ngừng hoạt động mà không có cảnh báo.
Pin kim loại lithium cũng là một sự phát triển ấn tượng, hứa hẹn hiệu quả năng lượng gấp gần bốn lần so với công nghệ pin xe điện hiện nay. Loại pin này cũng ít tốn kém hơn để sản xuất, điều này sẽ làm giảm giá thành của các sản phẩm sử dụng chúng. Tuy nhiên, vấn đề an toàn là mối quan tâm chính vì những pin này có thể bị quá nóng, gây cháy hoặc phát nổ nếu bị hỏng. Các công nghệ mới khác đang được nghiên cứu bao gồm lithium-lưu huỳnh và silicon-carbon, nhưng các tế bào này vẫn đang trong giai đoạn đầu của nghiên cứu và chưa thể thương mại hóa được. Ngoài ra còn có một số phát triển xảy ra xung quanh pin năng lượng mặt trời.
Đầu tư vào công nghệ pin
Nếu và khi công nghệ pin phát triển theo những hướng mới thú vị này, nó sẽ giảm chi phí sản xuất cho các thiết bị điện tử tiêu dùng và cho các loại xe điện như Tesla Motors (TSLA) sản xuất. Tesla gần đây đã công bố xây dựng một 'gigafactory' để không chỉ sản xuất nhiều phương tiện hơn mà còn sản xuất pin LiOn của riêng mình, kết hợp với công ty điện tử khổng lồ của Nhật Bản Panasonic (ADR: PCRFY). Bằng cách đưa vấn đề sản xuất pin vào tay của chính họ, Tesla có thể đã tìm ra một cách tuyệt vời để đạt được sự tiếp xúc đầu tư với cả xe điện và công nghệ pin.
Thị trường công nghệ pin có phần cận thị với các công nghệ mới, sự phát triển và quan hệ đối tác thúc đẩy ngành công nghiệp tiến lên. Báo cáo 20 công ty sản xuất pin lithium-ion hàng đầu của Visiongain 2018, cung cấp nhiều thông tin chuyên sâu về thị trường công nghệ pin và các nhà sản xuất hàng đầu của nó. Các công ty trong báo cáo bao gồm:
- A123 Systems Inc. Tập đoàn cung cấp năng lượng ô tô (AESC) Tập đoàn công nghiệp hàng không Trung Quốc (AVIC) BYD Company Ltd. CBAK Energy Technology Inc. Comt tạm Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan Công ty năng lượng công nghệ cao Công ty TNHH Hóa chất Johnson Kiểm soát Plc quốc tế. LG Chem Microvast Inc. Tập đoàn Panasonic Pin Saft Công ty TNHH Samsung SDI TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Công ty cổ phần pin Thiên Tân Lishen Công ty TNHH Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
Những cái tên đáng chú ý khác trong ngành công nghiệp pin bao gồm:
- Arotech Corp (ARTX) phát triển và phân phối pin lithium và kẽm-air và tính quân đội Hoa Kỳ trong số các khách hàng của mình.PolyPore Inc. (PPO) sản xuất pin lithium polymer chuyên dụng cao, chủ yếu cho sử dụng công nghiệp và y tế.Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) là một Công ty năng lượng thay thế có liên doanh thuộc sở hữu đa số với Delphi Ô tô (DLPH) để tạo ra các giải pháp pin cho xe điện.Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) là một công ty của Anh tận dụng công nghệ nano và graphene vật liệu để sản xuất, trong số những thứ khác, pin dựa trên graphene. Vật liệu graphene ứng dụng (OTCMKTS: APGMF) cũng đang tiến hành nghiên cứu cho các ứng dụng dựa trên graphene.EnerSys là một trò chơi thuần túy trên pin. Nó hiện là nhà sản xuất pin công nghiệp lớn nhất trên toàn thế giới.
Ngoài ra còn có Global X Lithium & Pin Tech ETF (LIT). ETF này tìm cách theo dõi Chỉ số lithium toàn cầu tích cực và cung cấp cho một danh mục đa dạng các công ty giao dịch công khai tập trung chủ yếu vào lithium bao gồm khai thác lithium, tinh chế lithium và sử dụng lithium trong sản xuất pin. Nắm giữ hàng đầu trong LIT ETF kể từ tháng 10 năm 2018 bao gồm:
- 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% ĐIỆN THOẠI
Điểm mấu chốt
Pin cho năng lượng luôn luôn quan trọng trong thời kỳ hiện đại. Tuy nhiên, với sự ra đời của điện toán di động và ô tô điện, tầm quan trọng của chúng sẽ chỉ tiếp tục tăng lên. Ngay bây giờ, ví dụ, gói năng lượng pin chiếm hơn một nửa chi phí của một chiếc ô tô Tesla.
Do tầm quan trọng ngày càng tăng của chúng, nghiên cứu về pin sạc mới hơn và tốt hơn đang có được động lực. Pin lithium-air và lithium-metal có thể chứng minh là tiến bộ quan trọng. Nếu những công nghệ này cuối cùng đã được đền đáp, đầu tư vào các công ty lớn liên quan đến sản xuất pin, vào các nhà sản xuất lithium-ion thuần túy hoặc tiếp xúc gián tiếp thông qua các nhà sản xuất kim loại lithium có thể giúp tăng hiệu suất trong tương lai của danh mục đầu tư. ( Để biết thêm, hãy xem: Đầu tư vào Megatrend tiếp theo: Lithium .)
