Alors que la demande pour l'informatique mobile et les voitures tout électriques augmente, les limites de la technologie actuelle des batteries présentent un obstacle. Inventée dans les années 1790 par le physicien italien Alessandro Volta, la batterie électrique a été le cheval de bataille de nombreux gadgets, appareils et machines.
Les appareils grand public étant devenus plus petits et leur utilisation ininterrompue avant de se recharger, il est également devenu de plus en plus important que les batteries deviennent à la fois miniaturisées et plus économes en énergie. Cependant, cela s'est avéré être un obstacle technologique qui, s'il est dépassé, sera un développement important et rentable pour l'économie de haute technologie de demain.
Technologie de batterie
Toutes les batteries électriques dépendent de la réaction chimique fondamentale de réduction et d'oxydation (redox) qui peut se produire entre deux matériaux différents. Ces réactions sont logées dans un récipient fermé et scellé. La cathode, ou borne positive, est réduite par l'anode, ou borne négative, où l'oxydation se produit. La cathode et l'anode sont séparées physiquement par un électrolyte qui permet aux électrons de circuler facilement d'une borne à l'autre. Ce flux d'électrons provoque un potentiel électrique, qui permet un courant électrique lorsqu'un circuit est terminé.
Les piles grand public jetables (appelées piles primaires), telles que les piles AA et AAA produites par des sociétés comme Energizer (ENR), s'appuient sur une technologie qui n'est pas propice aux applications modernes. D'une part, ils ne sont pas rechargeables. Ces piles dites alcalines utilisent une cathode de dioxyde de manganèse et une anode de zinc, séparées par un électrolyte de dioxyde de potassium dilué. L'électrolyte oxyde le zinc dans l'anode tandis que le dioxyde de manganèse dans la cathode réagit avec les ions de zinc oxydés pour créer de l'électricité. Progressivement, les sous-produits de réaction s'accumulent dans l'électrolyte et la quantité de zinc restant à oxyder est diminuée. Finalement, la batterie meurt. Ces batteries fournissent généralement 1, 5 volts d'électricité et peuvent être disposées en série pour augmenter cette quantité. Par exemple, deux piles AA en série fournissent trois volts d'électricité.
Les batteries rechargeables (appelées batteries secondaires) fonctionnent à peu près de la même manière, en utilisant une réaction d'oxydoréduction entre deux matériaux, mais elles permettent également à la réaction de s'écouler en sens inverse. Les batteries rechargeables les plus couramment utilisées sur le marché aujourd'hui sont le lithium-ion (LiOn), bien que diverses autres technologies aient également été essayées dans la recherche d'une batterie rechargeable utilisable, y compris le nickel-métal hydrure (NiMH) et le nickel-cadmium (NiCd).
Les NiCd ont été les premières batteries rechargeables disponibles sur le marché pour une utilisation sur le marché de masse, mais elles n'ont souffert que d'un nombre limité de recharges. NiMH a remplacé les batteries NiCd et a pu être rechargé plus fréquemment. Malheureusement, ils avaient une durée de conservation très courte, donc s'ils n'étaient pas utilisés peu de temps après leur production, ils pourraient être inefficaces. Les batteries LiOn ont résolu ces problèmes en venant dans un petit conteneur, ayant une longue durée de vie et permettant de nombreuses charges. Mais, les batteries LiOn ne sont pas les plus couramment utilisées dans l'électronique grand public comme les appareils mobiles et les ordinateurs portables. Ces piles sont beaucoup plus chères que les piles alcalines jetables et ne sont généralement pas disponibles dans les tailles traditionnelles AA, AAA, C, D, etc.
Le dernier type de batteries rechargeables que la plupart des gens connaissent est les batteries au plomb-acide liquides, le plus souvent utilisées comme batteries de voiture. Ces batteries peuvent fournir beaucoup d'énergie (comme lors du démarrage à froid d'une voiture), mais contiennent des matières dangereuses, notamment du plomb et de l'acide sulfurique, qui est utilisé comme électrolyte. Ces types de batteries doivent être éliminés avec soin afin de ne pas polluer l'environnement ou de causer des dommages physiques à ceux qui les manipulent.
L'objectif de la technologie actuelle des batteries est de créer une batterie qui peut égaler ou améliorer les performances des batteries LiOn, mais sans le coût élevé associé à leur production. Au sein de la famille lithium-ion, les efforts ont été concentrés sur l'ajout d'ingrédients supplémentaires pour augmenter l'efficacité de la batterie tout en abaissant le prix. Par exemple, les arrangements lithium-cobalt (LiCoO2) se retrouvent maintenant dans de nombreux téléphones portables, ordinateurs portables, appareils photo numériques et produits portables. Les cellules au lithium-manganèse (LiMn2O4) sont les plus couramment utilisées pour les outils électriques, les instruments médicaux et les groupes motopropulseurs électriques, tels que ceux trouvés dans les véhicules électriques. (Pour en savoir plus, voir: Pourquoi les voitures Tesla sont-elles si chères? )
Actuellement, des équipes mènent des activités de recherche et développement pour augmenter les performances des batteries au lithium. Les batteries lithium-air (Li-Air) sont un nouveau développement passionnant qui pourrait permettre une capacité de stockage d'énergie beaucoup plus grande - jusqu'à 10 fois plus de capacité qu'une batterie LiOn typique. Ces batteries «respireraient» littéralement l'air en utilisant de l'oxygène libre pour oxyder l'anode. Bien que cette technologie semble prometteuse, il existe un certain nombre de problèmes technologiques, notamment une accumulation rapide de sous-produits diminuant les performances et le problème de la "mort subite" dans lequel la batterie cesse de fonctionner sans avertissement.
Les batteries au lithium métal sont également un développement impressionnant, promettant une efficacité énergétique près de quatre fois supérieure à la technologie actuelle des batteries de voitures électriques. Ce type de batterie est également beaucoup moins coûteux à produire, ce qui réduira le coût des produits qui les utilisent. Les problèmes de sécurité, cependant, sont une préoccupation majeure car ces batteries peuvent surchauffer, provoquer un incendie ou exploser si elles sont endommagées. D'autres nouvelles technologies en cours d'élaboration comprennent le lithium-soufre et le silicium-carbone, mais ces cellules en sont encore aux premières phases de la recherche et ne sont pas encore commercialement viables. Il existe également plusieurs développements autour des batteries solaires.
Investir dans la technologie des batteries
Si et quand la technologie de la batterie prend son envol dans ces nouvelles directions passionnantes, elle réduira le coût de production de l'électronique grand public et des véhicules électriques tels que ceux produits par Tesla Motors (TSLA). Tesla a récemment annoncé la construction d'une `` gigafactory '' pour non seulement produire plus de véhicules mais également produire ses propres batteries LiOn en interne, en collaboration avec le géant de l'électronique japonais Panasonic (ADR: PCRFY). En prenant le problème de la production de batteries entre leurs propres mains, Tesla a peut-être trouvé un excellent moyen d'obtenir une exposition aux investissements à la fois dans les voitures électriques et dans la technologie des batteries.
Le marché de la technologie des batteries est quelque peu myope, les nouvelles technologies, les développements et les partenariats propulsant l'industrie vers l'avant. Le «Rapport 2018 des 20 meilleures entreprises de fabrication de batteries au lithium-ion de Visiongain» fournit un aperçu approfondi du marché de la technologie des batteries et de ses principaux fabricants. Les entreprises dans le rapport sont les suivantes:
- A123 Systems Inc. Automotive Energy Supply Corporation (AESC) 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 Chemical Co., Ltd. Johnson Controls International Plc. LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporation Batteries Saft 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
D'autres noms notables dans l'industrie des batteries sont les suivants:
- Arotech Corp (ARTX) développe et distribue des batteries au lithium et zinc-air et compte l'armée américaine parmi ses clients.PolyPore Inc. (PPO) produit des batteries au lithium polymère hautement spécialisées principalement pour des usages industriels et médicaux.Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) est un société d'énergie alternative qui possède une coentreprise détenue majoritairement avec Delphi Automotive (DLPH) pour créer des solutions de batterie pour les véhicules électriques.Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) est une société britannique exploitant la nanotechnologie et le matériau graphène pour produire, entre autres choses, batteries à base de graphène. Applied Graphene Materials (OTCMKTS: APGMF) mène également des recherches sur les applications à base de graphène.EnerSys est un jeu pur sur les batteries. Il est actuellement le plus grand fabricant de batteries industrielles au monde.
Il existe également le Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). ce FNB cherche à répliquer l'indice Solactive Global Lithium et offre une exposition à un portefeuille diversifié de sociétés cotées en bourse qui se concentrent principalement sur le lithium, y compris l'extraction de lithium, le raffinage du lithium et l'utilisation de lithium dans la production de batteries. Les principaux titres du LIT ETF en octobre 2018 étaient les suivants:
- 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%
The Bottom Line
Les batteries pour l'alimentation ont toujours été importantes à l'ère moderne. Cependant, avec l'avènement de l'informatique mobile et des voitures électriques, leur importance ne fera que croître. À l'heure actuelle, par exemple, les blocs d'alimentation à batterie représentent plus de la moitié du coût d'une automobile Tesla.
En raison de leur importance croissante, la recherche de batteries rechargeables plus récentes et de meilleure qualité prend de l'ampleur. Les batteries lithium-air et lithium-métal peuvent s'avérer être le progrès qui compte. Si ces technologies finissent par porter leurs fruits, investir dans de grandes entreprises impliquées dans la production de batteries, dans des fabricants de lithium-ion pure-play ou une exposition indirecte via des producteurs de lithium métal peut aider à renforcer les performances futures d'un portefeuille. ( Pour plus d'informations, voir: Investir dans la prochaine mégatendance: le lithium .)
