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锂电池回收工艺新突破有望大幅度降低电动汽车的价格

 科技酷探 2022-03-22
毫无疑问,驾驶的未来是电动的。事实上,根据摩根士丹利预测,到 2040 年,所有汽车销量72% 将是电动汽车。

但是,目前电动汽车的销量与燃油车的相比,差距巨大,除了大众关心的里程和充电问题外,影响销量的另外一个重要的因素就是价格,根据凯利蓝皮书的数据显示,一辆全新电动汽车的平均价格约为 55,000 美元(约35万人民币),这远高于平均售价约 35,000 美元(约22万人民币)的燃油车。

当然,政府的补贴会缩小这个差距,但是一个不争的事实是,目前的电动汽车价格普遍比燃油车要高。

造成电动汽车价格比燃油车高的一个重要因素就是电池的价格比较昂贵。


自 2010 年以来,锂离子动力的电动汽车电池组的平均价格已从每千瓦时1,200 美元降至 2021 年的 132 美元/千瓦时(1度电),而每个电动汽车电池组内部都有多个互连模块,由数十到数百个可充电锂离子电池组成。

以特斯拉的Model S车型为例,该车配备的电池组容量为100千瓦时,每千瓦时是150美元的成本,意味着光是电池组的成本就达到了15000美元(约9.5万人民币)。

在汽车行业,人们普遍认为,每千瓦时 100 美元的电池组价格是电动汽车与汽油动力汽车具有成本竞争力所需的价格点。即当电池组的价格降到100美元每千瓦时的时候,电动汽车在价格上才可匹敌燃油车。按目前132美元/千瓦时的电池价格,还需要一段时间才能实现这个竞争力。

那么,是什么导致了高昂的电动汽车电池成本?

根据彭博新能源财经的数据,每个电池的正极成本加起来占电池总成本的一半以上(51%)。正极材料决定了电池的性能、范围和热安全性,也因此决定了电动汽车的优劣,使它们成为最重要的部件之一。它所包含的金属如锂和镍、锰或钴等价格非常昂贵。

尽管电池成本自 2010 年以来一直在下降,但近期锂等关键电池金属价格的飙升(锂价格涨了400%) ,为电动汽车的未来蒙上了一层阴影。


因此,如何降低电池价格是一个亟待解决的问题。

寻求更廉价的金属来代替锂是一个方案,但是这个目前技术难度比较大,很多才刚进入研发阶段,估计还有很长的路要走。随着电动汽车的使用量增加,会产生越来越多的废弃锂电池,这些电池会对环境造成污染。

出于对环境及降低电池价格的考虑,科学家开展了很多锂电池回收的研究工作,这是另一个代替方案。

目前很多科学家感兴趣的一种方法是将热预处理和湿法冶金相结合,使用水化学来回收金属,但是这个工艺使用的温度和时间差异很大,因此需要进行对比研究来确定回收锂离子电池的最佳热处理和湿法冶金工艺。

最近,瑞典查尔姆斯理工大学的一个科研团队发现湿法冶金过程可以不必在高温下进行,在室温下就可以完成,他们的突破性工作发表在了学术期刊《Waste Management》上。


这个工艺之前从未有过报道,它不但可以减少对环境的影响,还极大地降低了电池的回收成本,30分钟内就可以完成,相比于之前需要将温度加热到80 摄氏度,并且需要几个小时才能完成的工艺,这个工艺在室温下,30分钟内就能完成,这是之前无法想象的!

研究人员调查了不同的步骤——热预处理和湿法冶金——是如何相互影响的。对两种不同的热预处理、焚烧或热解方法进行了重要比较。后者不含氧气,被认为更环保,研究人员确定这会产生最好的结果。

减少回收过程中的步骤可以降低成本,研究人员认为他们的这项研究不但使得回收工艺更高效,而且也极大地降低了回收成本,如果能推广,这会使得未来电动汽车的价格有比较大的下降空间。

目前,他们正在开展多个项目,与欧洲最大的电池制造商之一Northvolt 合作,帮助开发和实施他们的回收过程,以期降低新的电池价格。

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