如果十年后鋰電池無法更換,電動汽車的大規模

江蘇快3免費計劃 2018-11-07 14:16:50 147

  在最近發表的《 Nature》(自然)雜志上,一篇名為《的文章從鋰離子電池革命起僅僅10年(十年左右重新設計鋰離子電池)指出鋰離子電池的性能和價格的步伐進化正在放緩。如果不加大對基于鐵、銅等材料的電極材料的研究,電動汽車的大規模開發將受到限制。電動車需要功能強大的、輕量級、經濟實惠的電池。最好的選擇是商用鋰離子電池——,它相對緊湊和穩定。

  但它們仍然過于繁瑣且昂貴而無法廣泛使用。在過去的二十年中,可充電鋰離子電池的性能穩步提高。電池組的容量是存儲能量的三倍以上,從每瓦200瓦(Wh - 1)到700瓦時(Wh - 1)。成本下降了30倍,達到每千瓦時約150美元。但這仍然高于美國能源部設定的每千瓦時100美元的容量目標。對于電動汽車(50-100千瓦時),電池足夠強勁,但仍然重約600公斤,需要500升。隨著傳統技術接近基本限制,技術進步的步伐正在放緩。可以存儲在電極材料的晶體結構的間隙中的電荷量接近理論最大值。預計市場增長不會顯著降低——市場的價格已經非常大。研究人員警告稱,必須盡快發現鈷、鎳和其他稀有金屬替代品,以滿足日益增長的電動汽車電池需求,因為他們的稀缺性推高價格:在過去兩年中,鈷、鎳和其他罕見的金屬價格從每公斤22美元翻了兩番,達到每公斤81美元。鑒于制造商的停產和違反環境和安全法規的違規行為,我們敦促科學家和工程師開發廉價的、金屬,如鐵和銅作為潛在的替代品。研究人員表示,鋰離子電池的工作原理是在兩個電極之間移動鋰離子。從陽極流向陰極的離子放電電流為汽車提供動力。當電池充電時,鋰離子會回流。在今天的用于電動車輛的商用電池中,鋰離子保持在構成電極的晶體中的微小空隙中(這些晶體稱為插入電極)。陽極通常由石墨制成,陰極由金屬氧化物制成。用于電極的材料,特別是諸如鈷和鎳的稀有金屬,既稀有又昂貴。在我們看來,最有希望的替代方案是在電極中使用轉換材料。銅、鐵、氟化物和硅與鋰離子發生反應。轉化陰極中的過渡金屬可以保持比標準陰極多6倍的鋰原子。這種材料膨脹更多,可以容納更多的鋰原子。如果沒有變化,需求將在20年內超過產量。我們預計鈷的價格將在2030年上漲,而鎳的價格將在2037年或更早的時候上漲。汽車制造商和政府預計到2025年每年將生產1000萬至2000萬輛電動汽車。如果每輛汽車電池需要10公斤鈷,到2025年,電動汽車每年需要10-20,000噸鈷,其中大部分為100017,000鈷。世界目前的產量。同樣,每年需要40-800,000噸鎳,占目前使用的金屬的20-40%。當卡車、總線、和船被切換到電池電源時,需要更多電力。到2050年,每年將生產5000萬到8000萬噸鈷,電動汽車數量在5000萬到8000萬之間。 2030年后,這將遠遠超過目前的采礦能力。同樣,到2050年,對鎳的需求將增加2-3倍。到20世紀30年代中期,鎳的短缺將是顯而易見的。回收不能補充。鋰離子電池的壽命為15 - 20年,是5 - 7年內鉛酸電池壽命的三倍。煉油廠可能會開采劣質礦石,特別是在價格上漲的情況下。但更高的加工成本將推高價格。一旦供應達到峰值,我們估計電動汽車電池的價格可能上漲超過1,000美元。如果陰極由較少的金屬制成,則“鈷峰”可能會延遲幾年。然而,使用較少鈷的陰極材料正在開發中,降解更快并且需要更頻繁的更換。作者:陳靜涵


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