モバイルコンピューティングや電気自動車の需要が増加するにつれて、現在のバッテリーテクノロジーの限界が障害となっています。 1790年代にイタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタによって発明されたこのバッテリーは、数多くのガジェット、デバイス、機械の主力製品でした。
消費者向けデバイスがより小さくなり、再充電前の中断のない使用がより重要になるにつれて、バッテリーが小型化され、エネルギー効率が向上することもますます重要になっています。 しかし、これは技術的なハードルであることが証明されており、それを超えると、明日のハイテク経済にとって重要かつ有益な開発になるでしょう。
バッテリー技術
すべての電池は、2つの異なる材料間で発生する可能性のある還元と酸化（レドックス）の基本的な化学反応に依存しています。 これらの反応は、密閉された容器に収容されています。 カソードまたは陽極は、酸化が発生するアノードまたは陰極によって減少します。 カソードとアノードは、電子が一方の端子からもう一方の端子に容易に流れるようにする電解質によって物理的に分離されています。 この電子の流れにより電位が生じ、回路が完成すると電流が流れます。
Energizer（ENR）などの企業が製造するAAサイズやAAAサイズのセルなど、使い捨ての消費者向けバッテリー（一次バッテリーとして知られています）は、現代のアプリケーションには役立たない技術に依存しています。 一つには、充電式ではありません。 これらのいわゆるアルカリ電池は、二酸化マンガンのカソードと亜鉛のアノードを利用し、希釈された二酸化カリウム電解質で分離されています。 電解質は陽極の亜鉛を酸化し、陰極の二酸化マンガンは酸化亜鉛イオンと反応して電気を生成します。 徐々に、反応副産物が電解質に蓄積し、酸化されるために残っている亜鉛の量が減少します。 最終的に、バッテリーは死にます。 これらのバッテリーは通常1.5ボルトの電気を供給し、その量を増やすために直列に配置できます。 たとえば、直列の2つの単三電池は3ボルトの電気を供給します。
二次電池と呼ばれる充電式電池は、2つの材料間の還元酸化反応を利用してほぼ同じように機能しますが、反応が逆方向に流れることもできます。 現在市場で最も一般的に使用されている充電式電池はリチウムイオン（LiOn）です。ただし、ニッケル水素（NiMH）やニッケルカドミウム（NiCd）など、実行可能な充電式電池の検索では他のさまざまな技術も試されています。
NiCdは、大衆市場向けの最初の市販の充電式電池でしたが、限られた回数しか充電できないという問題がありました。 NiMHはNiCdバッテリーに取って代わり、より頻繁に充電することができました。 残念ながら、それらの貯蔵寿命は非常に短いため、製造後すぐに使用しないと効果がなくなる可能性があります。 LiOnバッテリーは、小さな容器に入れて保存期間を長くし、多くの充電を可能にすることでこれらの問題を解決しました。 しかし、LiOnバッテリーは、モバイルデバイスやラップトップコンピューターなどの家電製品で最も一般的に使用されているわけではありません。 これらの電池は、使い捨てのアルカリ電池よりもはるかに高価であり、通常、AA、AAA、C、Dなどの従来のサイズではありません。
ほとんどの人が使い慣れている最後のタイプの充電式バッテリーは、自動車のバッテリーとして最も一般的に使用される液体鉛蓄電池です。 これらのバッテリーは、多くの電力を供給できますが（車を冷間始動する場合など）、電解質として使用される鉛や硫酸などの有害物質を含んでいます。 これらの種類のバッテリーは、環境を汚染したり、それらを扱う人に物理的な危害を与えたりしないように注意して廃棄する必要があります。
現在のバッテリーテクノロジーの目標は、LiOnバッテリーの性能に匹敵する、または性能を向上させることができるバッテリーを作成することですが、その生産に伴う大きなコストはかかりません。 リチウムイオンファミリでは、価格を引き下げながらバッテリーの効果を高めるために、追加の成分を追加することに重点が置かれています。 たとえば、 リチウムコバルト （LiCoO2）の配置は、多くの携帯電話、ラップトップ、デジタルカメラ、およびウェアラブル製品に見られます。 リチウムマンガン （LiMn2O4）セルは、電動工具、医療機器、および電気自動車に見られるような電動パワートレインに最も一般的に使用されています。 （詳細については、以下を参照してください。 テスラ車はなぜそんなに高価なのですか？ ）
現在、リチウムベースのバッテリーの性能を向上させるための研究開発を行っているチームがあります。 リチウム空気 （Li-Air）バッテリーは、通常のLiOnバッテリーの最大10倍の容量のはるかに大きなエネルギー貯蔵容量を可能にするエキサイティングな新しい開発です。 これらの電池は、遊離酸素を使用してアノードを酸化することにより、文字通り空気を「呼吸」します。 この技術は有望に思えますが、パフォーマンスを低下させる副産物の急速な蓄積や、バッテリーが警告なしに動作しなくなる「突然死」の問題など、多くの技術的な問題があります。
リチウム金属電池も印象的な開発であり、現在の電気自動車の電池技術のほぼ4倍のエネルギー効率を約束しています。 また、このタイプのバッテリーは製造コストがはるかに低く、それを使用する製品のコストを削減します。 ただし、これらのバッテリーは過熱したり、火災を引き起こしたり、損傷した場合に爆発したりする可能性があるため、安全性の問題は大きな懸念事項です。 取り組んでいる他の新しい技術には、リチウム硫黄やシリコンカーボンが含まれますが、これらのセルはまだ研究の初期段階にあり、まだ商業的に実行可能ではありません。 また、太陽電池を中心にいくつかの開発が行われています。
バッテリー技術への投資
これらのエキサイティングな新しい方向でバッテリー技術が普及すれば、家電やテスラモーターズ（TSLA）が生産する電気自動車の生産コストを削減できます。 テスラは最近、より多くの車両を生産するだけでなく、日本のエレクトロニクス大手であるパナソニック（ADR：PCRFY）と連携して、自社でLiOnバッテリーを生産する「ギガファクトリー」の建設を発表しました。 バッテリーの生産の問題を自分の手に委ねることで、テスラは電気自動車とバッテリー技術の両方に投資の機会を得るための素晴らしい方法を見つけたかもしれません。
バッテリー技術市場は、業界を前進させる新しい技術、開発、およびパートナーシップに近視眼的です。 Visiongainの「トップ20リチウムイオンバッテリー製造会社レポート2018」は、バッテリーテクノロジー市場とそのトップメーカーに関する多くの洞察を提供します。 レポートに含まれる企業は次のとおりです。
- A123 Systems Inc. Automotive Energy Supply Corporation（AESC）China Aviation Industry Corporation of China（AVIC）BYD Company Ltd.CBAK Energy Technology Inc.Comtemporary Amperex Technology Ltd（CATL）GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co.、Ltd Hitachi化学株式会社ジョンソンコントロールズインターナショナルPLC。 LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporation Saft Batteries Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd（ATL）Tesla Inc. Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co.、Ltd. Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
バッテリー業界のその他の有名な名前には次のものがあります。
- Arotech Corp（ARTX）はリチウムおよび亜鉛空気電池を開発および配布し、米国軍隊を顧客に数えています。PolyPoreInc.（PPO）は、主に産業および医療用途向けの高度に専門化されたリチウムポリマー電池を生産しています。 Delphi Automotive（DLPH）との過半数所有の合弁会社を持ち、電気自動車用のバッテリーソリューションを作成する代替エネルギー企業。HaydaleGraphene Industries PLC（LON：HAYD）は、ナノテクノロジーと材料グラフェンを活用して生産する英国企業です。 、グラフェンベースのバッテリー。 アプライドグラフェンマテリアルズ（OTCMKTS：APGMF）は、グラフェンベースのアプリケーションの研究も行っています。EnerSysは、バッテリーの純粋なプレイです。 現在、世界最大の産業用バッテリーのメーカーです。
Global X Lithium&Battery Tech ETF（LIT）もあります。 このETFは、Solactive Global Lithium Indexの追跡を目指しており、リチウムの採掘、リチウムの精製、バッテリー生産でのリチウムの使用など、主にリチウムに焦点を当てている上場企業の多様なポートフォリオへのエクスポージャーを提供します。 2018年10月現在のLIT ETFの上位保有には以下が含まれます。
- 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％PANASONIC CORP 4.60％TESLA INC 4.37％SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4.24％
ボトムライン
電力用バッテリーは、現代では常に重要です。 ただし、モバイルコンピューティングと電気自動車の出現により、それらの重要性は成長し続けるだけです。 たとえば、現在、バッテリーパワーパックはテスラ自動車の半分以上のコストを占めています。
その重要性が増しているため、より新しくより良い充電式バッテリーの研究が勢いを増しています。 リチウム空気電池とリチウム金属電池が重要な進歩であることが証明されるかもしれません。 これらの技術が成果を上げる場合、バッテリー生産に関与する大企業、純粋なリチウムイオン製造業者、またはリチウム金属製造業者を介した間接的な露出に投資することは、ポートフォリオの将来のパフォーマンスを強化するのに役立ちます。 （ 詳しく は、次のメガトレンドへの投資：リチウムを ご覧ください 。）
