锂离子电池目前构造性能而不是回收或重用,据亚博老虎机网登录科学发展研究电动汽车电池,一般持续五到十二年前失去能源车辆运营所需的能力。现在,没有多少辩论关于环境方面的升级电池设计重用和回收。
研究:第二人生和回收:能源和环境可持续发展的角度对高性能锂离子电池。图片来源:asharkyu / Shutterstock.com
作为电动汽车的全球制造业加速,一个不可避免的结果将是退休的锂离子电池的数量,增加,除了传统的铅酸汽车电池,很难分解。
锂离子电池的需求
对锂离子电池的需求(LIBs)预计到2025年将翻倍和四倍,到2030年,由于电动汽车(EV)的显著扩张部门自2010年以来,不断增长的巨大的能量存储应用程序要求。
因此,世界范围内的需求为基本元素中使用库,包括锂和钴,预计增长速度大致相同,构成供应问题。从2018年到2030年,全球对锂和钴的需求预计会上涨10倍,超过目前的可用性。
然而,钴的可用性可能会危及。钴主要是生成镍和铜生产的副产品。钴生产从采矿主要集中在刚果,虽然大部分钴加工厂在中国。
系统边界的自由生命周期与第二人生和三个生物替代品,包括湿法冶金的,pyrometallurgical,阴极和直接回收。图片来源:道,Y。,等,科学进步亚博老虎机网登录
通过这个副产品和空间分布的依赖知识、政府行为或社会政治的不稳定在某些地方可能扰乱钴的可用性。一个发现是,化学电池可能会影响其总环境影响。钴是一个典型的电池成分,需要大量的能源开采和对环境有害。可以用来代替钴镍来缓解这些问题。
锂离子回收环保
根据废物框架指令分类废物管理实践中最环保,避免关键材料的使用一直是最有效的方法来改善自由的可持续性。亚博网站下载
由于担心钴可用性和供应链中断,以及合成价格波动性和不可预测性,研究和商业利益都转向low-cobalt LIBs和no-cobalt替代品。
回收库,如重用它们作为能源存储系统(ess)汽车的使用之后,排名是第二好的方法来增加自由可持续性从可持续的废物管理的角度来看。
比较之间的环境影响不同的使用场景LFP, LMO / NMC532 NMC622, NCA填词。的环境影响不同的回收方法是平均的。红色和蓝色的颜色表明生命周期环境影响与电动汽车使用场景和级联使用场景,分别。深点的颜色表明较低的能量密度。所有18个类别,影响LFP自由定义为标准化的参考。图片来源:道,Y。,等,科学进步亚博老虎机网登录
拆除、能源、材料生产、焚烧废物污泥处理、燃烧、能量和物质复苏都是自由的临终过程的一部分。研究生物技术的方式恢复不同原材料和能源。亚博网站下载
更具体地说,湿法冶金的重用恢复金属利用水化学性质,通常需要浸出、降水、和溶剂萃取;直截了当的阴极直接通过电解液萃取回收休养阴极活性产品,和pyrometallurgical后处理,最充分发展回收方法库,恢复形状的金属合金通过三级冶炼过程。
对环境的优势
添加一个“第二人生”大大减少环境影响,而减少其他影响类别发生显著的变化。所有四个品种的库降低淡水生态毒性,海洋毒性、淡水富营养化、金属消耗、人体毒性、特定的物质生产,和陆地酸化平均超过30%。
相当大的减少可能归因于三倍的差异之间的电力交付生命周期两个使用场景,以及能量相对较低的贡献对这些类别的影响。
研究还发现,如果一个电动车的电池可以重用被丢弃之前,其整体环境成本可以下降17%。存储太阳能和风能发电厂是一个选择电池重用。
这种类型的储能是越来越受欢迎,因为它可以利用旧电池容量较低的能量。回收电池的碳排放降低约第四个可再生能源的比例造成电力系统上升。大多数今天的回收工厂很难大幅拆除保护汽车电池和内提取的基本组件。
碳足迹的热点地区联赛的LMO / NMC532 NMC622, NCA LIBs与湿法冶金的回收。周围的阳光图表代表的碳足迹的分层结果流程生命周期阶段的水平。常委代表上层阶段,外圆代表了每个阶段的较低级别的流程。阶段的颜色及其对应的过程是一致的,和每一个过程的价值和舞台同心圆的角度成正比。此外,从顶部开始,股票阶段碳足迹的顺时针的顺序变得更小;在每个阶段,碳足迹的股票为低级过程相同的方式变得更小。图片来源:道,Y。,等,科学进步亚博老虎机网登录
自然的土地利用变化,能源和材料的有益的环境后果复苏可能归因于土地变化产生的复苏的金属矿山开采的网站。碳足迹和清洁能源是两个关键指标来评估减缓气候变化和能源效率的可能性将第二人生和回收的电池生命周期。
基于电池化学和回收过程中,添加“第二人生”减少碳足迹的8 - 17%,促成了2 - 6%。
含镍量的增加和减少钴的含量中往往将他们的产品生命周期的碳足迹和CED向下回收过程和使用场景时保持不变,因为需要更少的材料和能源生产和回收。
参考
道,Y。,et al。(2021)。第二人生和回收:能源和环境可持续发展的角度对高性能锂离子电池。亚博老虎机网登录科学的进步。发表:2021年11月5日。7卷,问题45。https://www.亚博老虎机网登录science.org/doi/10.1126/sciadv.abi7633
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