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锂电池没有回答的一个最大问题

日期:2022-01-14    来源:国际能源小数据  作者:E Small Data

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2022
01/14
09:39
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关键词: 通用汽车 锂电池 锂离子电池

当全世界都在寻求汽车电气化和储存可再生能源时,一个巨大的挑战迫在眉睫:所有那些用过然后废弃的旧锂电池会是什么情况?

电气化的未来比我们想象的要近得多。通用汽车公司今年早些时候宣布,计划到2035年停止销售汽油动力汽车。奥迪的目标是到2033年停止生产,许多其他大型汽车公司也在纷纷效仿。事实上,根据彭博新能源财经的数据,到2040年世界乘用车销量的三分之二将是电动的。由于电池存储技术的进步,全球电网规模的储能系统正在快速增长。

虽然这听起来似乎是实现可持续电力和公路旅行的理想途径,但有一个大问题尚未解决。目前,锂离子电池通常用于电动汽车和用于储存可再生能源能量的超级电池,但锂电池很难回收。使用最广泛的回收传统电池的方法(如铅酸电池的回收方法),对锂电池不起作用。锂电池通常更大、更重、更复杂,如果拆错的话,甚至会发生危险。

在普通电池的回收工厂,电池零件被粉碎成粉末,然后粉末被熔化(火法冶金)或溶解在酸中(湿法冶金)。但是锂电池是由许多不同的部件组成的,如果不小心拆卸,它们可能会爆炸。即使锂电池以这种方式分解,产品也不容易重复使用。因此,回收锂比开采锂矿来制造新的锂成本更高。此外,由于缺乏大规模、廉价的锂电池回收方式落后,全球只有约5%的锂电池被回收,这意味着大部分锂电池将被浪费。

目前锂电池回收的缺点并不是它们成为环境压力的唯一原因。制造锂电池所需各种金属的开采需要大量资源,例如开采一吨锂需要50万加仑(227.3万升)的水。在智利的阿塔卡马盐滩,锂矿开采与国家保护区植被减少、白天温度升高和干旱加剧有关。因此,尽管电动汽车在其使用寿命内可能有助于减少二氧化碳排放,但为其提供动力的锂电池在其使用寿命开始时已经留下大量的环境足迹。

如果经过大约10年左右的使用后,数以百万计的锂电池将被更有效地回收利用,这将有助于抵消所有的能源消耗。一些实验室一直在努力改进更有效的回收方法,以便最终找到一种标准化、环保的锂电池回收方法,以满足飞速增长的需求。

如何回收锂电池

锂电池有一个金属阴极,在电化学反应过程中收集电子,由锂和一些通常包括钴、镍、锰和铁的元素混合物制成。它还有一个阳极,或者说是一个向外部电路释放电子的电极,由石墨制成。还有一个分离器和电解液,电解液是在阴极和阳极之间传输电子的介质。从阳极到阴极的锂离子形成电流,阴极中的金属是电池最有价值的部分,而这些正是化学家在拆卸锂电池时重点要保存的部分。

改善锂电池的回收利用,并最终使其部件可重复使用,将使现有的锂电池重新获得价值。这就是为什么科学家们提倡直接回收,给锂电池最珍贵的部分(如阴极和阳极)第二次生命,这可以大大抵消能源、浪费和制造成本。

碳足迹

英国法拉第研究所(Faraday Institute)正在研发锂电池的机器人拆卸,这是ReLib项目的一部分,该项目专门研究锂电池的回收和再利用。研究人员发现了一种利用超声波探头直接回收阳极和阴极的方法,将超声波聚焦在一个表面上,产生微小的气泡使其内爆,并将涂层从表面剥离,避免了必须打碎电池部件。

根据这项研究,这种超声波回收方法可以在同一时期处理比传统湿法冶金方法多100倍的材料,可以用不到一半的成本创造一个新的电池。该工艺可以很容易地应用于规模化,并用于更大的基于电网的储能电池。

随着电动汽车市场需求的稳步增长,整个汽车行业的公司已经花费数十亿美元来提高锂电池的可持续性。中国目前是迄今为止最大的锂电池生产国,在回收锂电池方面也取得了领先地位。广泛采用标准化方法回收锂电池,包括对不同类型的电池进行分类,这有助于锂电池的进一步发展。

一种更简单、更安全、制造成本更低、寿命结束时更容易分离的电池的出现,是解决当前电动汽车可持续性问题的最终答案。但在这种电池出现之前,标准化锂电池回收是朝着正确方向迈出的重要一步。在2025年左右,当数以百万计的电动汽车电池达到其初始生命周期的终点时,一个简易的回收过程将对世界各地的经济体更有吸引力。因此,当电动汽车成为主要的交通工具时,他们的电池要为第二次生命做好准备。


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