Volgens een nieuw analyseplatform voor kunstmatige intelligentie (AI) zal grafeen de markt voor batterijen voor elektrische voertuigen (EV's) halverwege de jaren 2030 op zijn kop zetten. Het voorspelt technologische doorbraken op basis van wereldwijde patentgegevens.
Nu de wereldwijde transitie naar een geëlektrificeerd transportsysteem op gang komt, wordt de zoektocht naar de perfecte EV-batterij – die de ideale balans biedt tussen kosten, energiedichtheid, veiligheid en ecologische duurzaamheid – steeds belangrijker. Er zijn ongeveer een dozijn batterijchemieën die strijden om marktdominantie; welke als winnaar uit de bus komt, is de vraag van een biljoen dollar. Op korte termijn zullen traditionele lithiumbatterijen waarschijnlijk hun greep op de markt behouden, terwijl natriumbatterijen een goedkoop en groen alternatief bieden voor bepaalde toepassingen, volgens nieuw onderzoek van Focus, een AI-analyseplatform dat technologische doorbraken voorspelt op basis van wereldwijde patentgegevens. Het zijn echter de opkomende grafeen- en dual-ionbatterijen die de markt op een dag echt zullen verstoren.
Het onderzoek suggereert dat grafeenbatterijen in het bijzonder in de vroege tot midden jaren 2030 zullen opduiken om hun lithiumtegenhangers uit te dagen voor de EV-kroon, aangezien de prijs van grafeenproductie enorm daalt. Deze ontwikkeling belooft niet alleen de prestaties van EV's enorm te verbeteren, maar ook een zegen te zijn voor energie-efficiëntie en koolstofreductiedoelstellingen. "Als er één batterijtechnologie is om in de gaten te houden, is het grafeen", zegt Jard van Ingen, CEO en medeoprichter van Focus.
De jonge pretendenten
Focus analyseert de huidige staat van EV-batterijchemieën en voorspelt welke de komende jaren de overhand zullen krijgen. Met behulp van een aanpak die is geïnspireerd op onderzoek van het Massachusetts Institute of Technology, verwerkt het Focus-platform grote volumes wereldwijde patentgegevens in realtime met behulp van drie soorten AI: grote taalmodellen doen continu onderzoek naar wereldwijde patentgegevensarchieven voor tech scouting, scoring en vergelijkingen; vectorzoekopdrachten bieden realtime-informatie over het wereldwijde innovatie- en technologielandschap; en multivariabele regressie biedt voorspellende analyses door relaties te identificeren tussen gegevens en resultaten in de echte wereld. Focus berekent 'Technology Readiness Levels' voor de volwassenheid van batterijtechnologieën en een 'Technology Improvement Rate' om de prestatieverbetering per dollar per jaar van verschillende batterijchemieën te meten.
"In essentie draait het bij elektrische voertuigen allemaal om het vinden van de juiste balans tussen energiedichtheid, veiligheid, kosten en duurzaamheid", zegt Kacper Gorski, hoofd operations bij Focus. "Elk van deze chemische stoffen brengt iets unieks met zich mee en hun ontwikkeling zal de toekomst van elektrische mobiliteit vormgeven. De belangrijkste vraag is echter: welke ontwikkelen zich daadwerkelijk snel en welke worden overdreven?"
Focus ontdekte dat alle lithium-gebaseerde batterijtechnologieën met vergelijkbare snelheden verbeteren. De huidige dominante chemie, lithium-nikkel-mangaan-kobalt en lithium-ijzer-fosfaat, verbeteren jaar op jaar (YoY) met percentages van respectievelijk 30% en 36%. Lithium-zwavelbatterijen verbeteren met 30% YoY en siliciumanodes met 32%, wat betekent dat het onwaarschijnlijk is dat het paar de markt zal verstoren - echt verstorende technologieën hebben verbeteringssnelheden die aanzienlijk en consistent hoger zijn dan die van hun concurrenten. Hoewel er veel is geschreven over het potentieel van vaste lithiumbatterijen, ontdekte Focus dat de technologie slechts met een percentage van 31% YoY verbetert, wat betekent dat het ook onwaarschijnlijk is dat het de gevestigde orde zal verstoren.
Hetzelfde geldt voor de eveneens gehypte natriumbatterijen, die een verbeteringspercentage van 33% hebben – wat ze binnen een meetfout van lithium-ijzer-fosfaatbatterijen plaatst. Van Ingen legt uit dat natriumbatterijen een relatief bescheiden energiedichtheid hebben, wat de kilometerstand beperkt die ze EV's kunnen bieden zonder al te veel gewicht aan het voertuig toe te voegen. Ze zouden echter zinvol zijn voor stationaire opslag, waar gewicht geen beperkende factor is. "Dus als je alleen relatief goedkope batterijen nodig hebt voor de vraag van het elektriciteitsnet, dan zijn natriumbatterijen heel zinvol", zegt hij. "Ze zouden zelfs kunnen werken voor goedkopere EV's – echt goedkope, in grote aantallen geproduceerde voertuigen die zijn ontworpen voor korte afstanden. Het is een relatief snel verbeterende technologie, maar het zal de markt niet volledig verstoren."
Het zijn enkele van de meer opkomende batterijchemieën die de meeste opwinding genereren. Magnesium-zwavelbatterijen verbeteren met een snelheid van 24.4% YoY, magnesium-ionbatterijen met 26%, nanodraadbatterijen met 35% en kalium-ionbatterijen met 36%. Deze verbleken echter allemaal in vergelijking met grafeenbatterijen, die met een verbluffende 48.8% YoY verbeteren, of dual-ionbatterijen, die een verbeteringssnelheid van 48.5% YoY hebben. "Omdat de verbeteringssnelheden van grafeen- en dual-ionbatterijen aanzienlijk en consistent hoger zijn dan die van andere batterijchemieën, kunnen deze als disruptief worden beschouwd", zegt van Ingen.
Echter, in een rechtstreekse confrontatie tussen de twee chemieën, gelooft Focus dat grafeenbatterijen het hoogste potentieel hebben, aangezien het onderzoek verder is ontwikkeld en het element alomtegenwoordiger is. De technologie biedt een enorme stap voorwaarts voor de prestaties van elektrische voertuigen, met beloften van hoge energiedichtheden, een langere levensduur (het aantal laad- en ontlaadcycli dat een batterij kan voltooien voordat de prestaties afnemen) en snel opladen. Het grootste nadeel op dit moment is de prohibitieve kostprijs, gedreven door het oogverblindend hoge prijskaartje van grafeenproductie.
“Grafeen is een heel basismateriaal dat uit elke koolstofbron wordt gehaald,” zegt van Ingen. “Het basismateriaal is echt overvloedig aanwezig, het is overal te vinden, maar de manier om het om te zetten in grafeen is de beperking. De huidige productiemethoden zijn veel te duur.”
Grafeenbatterijen, de echte disruptor
Om grafeenbatterijen de EV-markt te laten verstoren, moeten de kosten van grafeenproductie aanzienlijk omlaag. Grafeen wordt momenteel geproduceerd voor ongeveer $ 200,000 per ton, of $ 200 per kilogram (kg). Het is moeilijk te voorspellen hoe goedkoop de productie moet zijn voordat fabrikanten het in hun batterijen gaan gebruiken, maar Focus gelooft dat dit zal gebeuren wanneer grafeen vergelijkbaar wordt met lithium.
Lithiumcarbonaat kost momenteel ongeveer $ 16/kg om te produceren en analisten denken dat het in 30 nog eens met 11% kan dalen tot $ 2024/kg. De voorspellingsmethode van Focus schat de verbeteringssnelheid van grafeenproductie op 36.5% op jaarbasis. Dus, uitgaande van de huidige prijs van $ 200/kg en een streefprijs van $ 11/kg, voorspelt Focus dat grafeenproductie goedkoop genoeg zal worden om het materiaal zijn weg te laten vinden naar batterijchemieën rond 2031.
Volgens Focus zijn er momenteel ongeveer 300 organisaties die werken aan grafeenbatterijtechnologie. Van de top tien bedrijven die het best gepositioneerd zijn om de batterijmarkt te verstoren met grafeen, rangschikt Focus Global Graphene Group als de leider. Haar dochteronderneming, Honeycomb Battery Company, kondigde onlangs een baanbrekende combinatieovereenkomst aan met Nubia Brand International, gericht op het verbeteren van Honeycomb's productie- en onderzoekscapaciteiten, met een primaire focus op geavanceerde batterijtechnologie voor elektrische voertuigen.
Op dezelfde manier heeft StoreDot, de enige start-up in de top tien, indrukwekkende vooruitgang geboekt in 2023. Het bedrijf is van plan om in 100 massaal zijn '5in2024'-batterijcellen te produceren. Deze cellen zijn ontworpen om minstens 100 mijl bereik te leveren met slechts vijf minuten opladen. StoreDot heeft strategische overeenkomsten gesloten met onder meer Volvo Cars (Geely), VinFast en Flex|N|Gate. Begin 2024 werkte het samen met Volvo Cars' Polestar aan 's werelds eerste tien minuten durende EV-laaddemo. De batterijkwaliteit is gevalideerd na tests door 15 toonaangevende wereldwijde fabrikanten, waarbij geen degradatie werd aangetoond, zelfs niet na 1,000 opeenvolgende 'extreem snel opladen'-cycli.
Toray Industries is daarentegen door Focus geïdentificeerd als de snelst itererende speler (de laagste cyclustijd). Het bedrijf heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt in zijn onderzoek naar grafeenbatterijen door een ultradunne grafeendispersieoplossing te ontwikkelen met uitstekende vloeibaarheid en elektrische en thermische geleidbaarheid - met name gunstig voor toepassingen zoals batterij- en bedradingsmaterialen. Toray is dus in staat om zeer dun, hoogwaardig grafeen te creëren uit goedkope grafietmaterialen. De technologie, beweert Toray, biedt een 50% betere batterijduur dan traditionele koolstofnanotubes die worden gebruikt als geleidende middelen.
"Als we vooruitkijken, is het grootste knelpunt voor grafeenbatterijen nu om een productiemethode te vinden die dit echt op grote schaal kan doen", concludeert van Ingen. Het is nog steeds een gebied dat voornamelijk wordt gedomineerd door onderzoek, maar dit zal het binnen het volgende decennium naar de echte wereld katapulteren, aldus Focus.
Bron van Gewoon auto
Disclaimer: De hierboven vermelde informatie wordt door just-auto.com onafhankelijk van Chovm.com verstrekt. Chovm.com geeft geen verklaringen en garanties met betrekking tot de kwaliteit en betrouwbaarheid van de verkoper en producten.
