365体育滚球,未来电动汽车会疯狂销售,锂电池还足够吗?

作者/朱琳
编辑/温莎
设计/赵浩然出处/ TechXplore,作者:ThamaraseeJeewandara
随着世界转向电动汽车以减少气候变化,量化未来对关键电池材料的需求非常重要。在一份新的报告中,许成坚(吨),伯恩哈德·史都宾(Bernhard Steubing)以及荷兰莱顿大学和美国阿贡国家实验室的研究团队认为,锂将在2020年至2050年间可用。对镍基电池的需求,钴和锰的氧化物将增加很多倍。
结果,锂,钴和镍的供应链需要大大扩展,并且可能需要发现更多资源。然而,关于电动车队的发展和每辆车的电池容量存在很多不确定性。尽管在封闭状态下回收利用如果循环能在2050年之前减少对初级材料的需求中发挥更小但越来越重要的作用,则研究人员必须实施先进的回收策略,以经济地从废旧电池中回收电池级材料。该研究现已发表在《自然通讯材料》杂志上。
据估计,到2050年,全球电动汽车人口将增长,BEV:纯电动汽车,PHEV:插电式混合动力汽车,STEP方案:声明性政治方案,SD方案:可持续发展方案。资料来源:NatureCommunicationsMaterials,doi:10.1038/ s43246-020-00095-x
电动汽车的发展
电动汽车对气候的影响要少于带有内燃机的汽车,这种好处导致需求的显着增加。全球车队数量已从10年前的几千辆增加到2019年的750万辆,但全球汽车市场的平均水平仍然有限,未来的增长可能会超过过去的绝对增长水平。
锂离子电池(LIB)是目前电动汽车的主导技术,典型的锂离子汽车电池以锂,钴和镍为负极,石墨为正极,铝和铜为其他成分。电池技术目前正朝着新的和改良的化学方向发展。
Xu等人在这项工作中对锂,镍,钴,石墨和硅等轻型电动汽车电池的全球材料要求,并将材料要求与持续的生产能力和已知储量联系起来,并讨论了改进的关键要素。这项工作将通过深入了解电池材料的未来需求以及驱动电池材料的关键因素,来支持向电动汽车的过渡。
到2050年,电池市场份额和电动汽车电池的年销售额是车队发展的步骤。(A)NCX场景。(B)LFP场景。(C)Li-S / Air现场。LFP:磷酸铁锂电池,NCM:镍钴锰锂电池,NCM111,NCM523,NCM622,NCM811,NCM955代表镍,钴和锰的比例NCA:锂镍钴铝电池,石墨(Si):含硅石墨阳极,Li-S:锂硫锂电池,Li-Air:锂空气电池,TWh109kwh。资料来源:NatureCommunicationsMaterials,doi:10.1038 / s43246-020-00095-x
电动汽车的数量正在增长
研究团队使用国际能源署(IEA)的两种情景预测了到2030年电动汽车的增长,其中包括与当前政府指南相关的既定指南(STEP)和与可持续发展情景一致的可持续发展情景(SD)。《巴黎协定》的气候目标(到2030年,电动汽车的全球销量将达到30%)。
在此分析中,Xu等人将这些情况扩展到2050年。为了满足STEP计划,到2050年,每年大约需要6 TWh的电池容量。材料要求取决于当前正在考虑的三种电池化学成分的选择。
最可能的情况是锂镍钴铝(NCA)和锂镍钴锰(NCM)电池的广泛使用(以下简称NCX,其中X代表铝或锰)。到2030年电池化学技术的发展。作为锂离子电池的正极材料,磷酸铁锂(LFP)有望在未来的电动汽车中得到越来越多的使用。虽然LFP电池的低比能会影响燃料LFP电池在电动汽车的消耗和范围方面具有生产成本低,热稳定性好和寿命长的优点。LFP电池目前在公共汽车等商用车辆中很常见,但在特斯拉等轻型电动汽车中也具有广阔的应用前景。在NCX,LFP和Li-S /空气电池方案中,锂,镍和钴电池材料将从2020年到2050年流通。(A)主要材料要求。(B)废电池的材料。STEP场景:政治场景SD场景:可持续发展场景Mt:数百万吨。资料来源:NatureCommunicationsMaterials,doi:10.1038 / s43246-020-00095-x
电池材料要求和回收潜力
科学家随后评估了全球对电动汽车电池的需求,发现锂的需求增长仅受到电池特定化学成分的轻微影响,而镍和钴的特定化学成分较大则对需求产生影响。
该团队还预测,从2020年到2050年,锂离子电池的需求以及镍电池的需求将增加,因此,预测到2020年至2050万吨的锂累计需求量为7.3到18.3,钴从3.5到1680万吨吨和镍从1810年增加到8890万吨。
接下来,Xu等人讨论了废旧电池中的材料,并讨论了如何回收这些材料可以帮助减少一次原材料的生产。电动汽车电池的现有商业回收方法包括火法冶金和湿法冶金。火灾回收涉及重新熔化整个电池或电池组件。在湿法冶金中,通过基于酸浸的溶剂萃取和填充过程来回收电池材料。
在闭环再循环中,可以在火法冶金处理之后进行湿法冶金处理,以将合金转化为金属盐。直接回收的目的是在经济上保持负极材料的化学结构的同时回收负极材料,以实现经济和环境保护的目的。然而,这种方法仍处于发展的早期阶段。
概念图显示了三个回收选项如何关闭电池材料循环以及可以回收哪些材料。实际上,并非所有材料都需要经过所有加工步骤。例如,火法冶金回收(熔融)仍需要进行湿法冶金处理(浸出)以制造负极材料,而直接回收的目的是直接回收负极材料。在火法冶金和湿法冶金循环中,回收锂可能是不经济的;在火法冶金循环中,石墨燃烧且铝不能从炉渣中提取。资料来源:NatureCommunicationsMaterials,doi:10.1038 / s43246-020-00095-x
电动汽车的未来
这样,许成坚,Bernhard Steubing及其同事开发了一些模型,表明锂,镍和钴电池的生产能力需要大大提高,因为对电动汽车的需求甚至可能达到2025年底就足够了。超过当前版本。可以在不超过现有生产能力的情况下交付电池材料。但是,需要增加供应以满足其他部门的需求。
随着发现潜在的新储备,上述供应风险可能会发生变化。电池容量的需求取决于技术因素,例如车辆设计,重量和燃油效率,车队规模以及消费者对电动汽车的大小和里程的选择.2020年电池材料的闭环回收潜力STEP场景下的2029、2030-2039和2040-2050。湿法冶金回收可用于NCX电池和LFP电池以及Li-S电池的机械回收,并使用电池和Li-Air电池。灰色点表示二次使用延迟了恢复时间并降低了闭环恢复的可能性,从而增加了下一次中二次材料的可用性。这是最经济,最环保的闭环回收工艺,因为它可以回收阳极材料而无需熔融和浸出工艺。向电动汽车的成功过渡取决于可持续的材料供应,以跟上行业发展的步伐。
科学的可持续性评估,包括化学物质的碳足迹,将指导电池替代化学品和原材料的选择。本研究预测的全球需求还提供了一个平台,用于监测电动汽车及其电池对全球经济,环境和世界社会的影响。