如果十年后锂电池无法更换,电动汽车的大规模

江苏快3免费计划 2018-11-07 14:16:50 147

  在最近发表的《 Nature》(自然)杂志上,一篇名为《的文章从锂离子电池革命起仅仅10年(十年左右重新设计锂离子电池)指出锂离子电池的性能和价格的步伐进化正在放缓。如果不加大对基于铁、铜等材料的电极材料的研究,电动汽车的大规模开发将受到限制。电动车需要功能强大的、轻量级、经济实惠的电池。最好的选择是商用锂离子电池——,它相对紧凑和稳定。

  但它们仍然过于繁琐且昂贵而无法广泛使用。在过去的二十年中,可充电锂离子电池的性能稳步提高。电池组的容量是存储能量的三倍以上,从每瓦200瓦(Wh - 1)到700瓦时(Wh - 1)。成本下降了30倍,达到每千瓦时约150美元。但这仍然高于美国能源部设定的每千瓦时100美元的容量目标。对于电动汽车(50-100千瓦时),电池足够强劲,但仍然重约600公斤,需要500升。随着传统技术接近基本限制,技术进步的步伐正在放缓。可以存储在电极材料的晶体结构的间隙中的电荷量接近理论最大值。预计市场增长不会显着降低——市场的价格已经非常大。研究人员警告称,必须尽快发现钴、镍和其他稀有金属替代品,以满足日益增长的电动汽车电池需求,因为他们的稀缺性推高价格:在过去两年中,钴、镍和其他罕见的金属价格从每公斤22美元翻了两番,达到每公斤81美元。鉴于制造商的停产和违反环境和安全法规的违规行为,我们敦促科学家和工程师开发廉价的、金属,如铁和铜作为潜在的替代品。研究人员表示,锂离子电池的工作原理是在两个电极之间移动锂离子。从阳极流向阴极的离子放电电流为汽车提供动力。当电池充电时,锂离子会回流。在今天的用于电动车辆的商用电池中,锂离子保持在构成电极的晶体中的微小空隙中(这些晶体称为插入电极)。阳极通常由石墨制成,阴极由金属氧化物制成。用于电极的材料,特别是诸如钴和镍的稀有金属,既稀有又昂贵。在我们看来,最有希望的替代方案是在电极中使用转换材料。铜、铁、氟化物和硅与锂离子发生反应。转化阴极中的过渡金属可以保持比标准阴极多6倍的锂原子。这种材料膨胀更多,可以容纳更多的锂原子。如果没有变化,需求将在20年内超过产量。我们预计钴的价格将在2030年上涨,而镍的价格将在2037年或更早的时候上涨。汽车制造商和政府预计到2025年每年将生产1000万至2000万辆电动汽车。如果每辆汽车电池需要10公斤钴,到2025年,电动汽车每年需要10-20,000吨钴,其中大部分为100017,000钴。世界目前的产量。同样,每年需要40-800,000吨镍,占目前使用的金属的20-40%。当卡车、总线、和船被切换到电池电源时,需要更多电力。到2050年,每年将生产5000万到8000万吨钴,电动汽车数量在5000万到8000万之间。 2030年后,这将远远超过目前的采矿能力。同样,到2050年,对镍的需求将增加2-3倍。到20世纪30年代中期,镍的短缺将是显而易见的。回收不能补充。锂离子电池的寿命为15 - 20年,是5 - 7年内铅酸电池寿命的三倍。炼油厂可能会开采劣质矿石,特别是在价格上涨的情况下。但更高的加工成本将推高价格。一旦供应达到峰值,我们估计电动汽车电池的价格可能上涨超过1,000美元。如果阴极由较少的金属制成,则“钴峰”可能会延迟几年。然而,使用较少钴的阴极材料正在开发中,降解更快并且需要更频繁的更换。作者:陈静涵