英格蘭西部大學(xué)已經(jīng)為歐盟委員會(huì)制作了一份關(guān)于電池可持續(xù)性的報(bào)告，該報(bào)告發(fā)現(xiàn)目前普遍存在的電池系統(tǒng)包括引發(fā)嚴(yán)重環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題的原材料。

該報(bào)告審查了資源可用性，毒性，安全性，生產(chǎn)以及回收和處置影響。該調(diào)查結(jié)果已經(jīng)在歐盟建立集團(tuán)電池制造業(yè)的雄心壯志的背景下發(fā)布。為了追求技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，歐盟希望研究具有更好生態(tài)特性的替代電池架構(gòu)。

作者說(shuō)，解決電極組成是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)生態(tài)政治目標(biāo)的首要問(wèn)題。關(guān)于資源可用性問(wèn)題，研究人員得出結(jié)論，雖然短缺將成為未來(lái)的一個(gè)問(wèn)題-對(duì)于某些材料-這在近期或中期都不會(huì)成為問(wèn)題。

未來(lái)十年鋰離子電池的需求“適度但可預(yù)見(jiàn)”增長(zhǎng)，例如全球汽車(chē)車(chē)隊(duì)電動(dòng)汽車(chē)占10%的份額，仍然可以看到鋰，錳，鎳和天然石墨的大量供應(yīng)，報(bào)告發(fā)現(xiàn)。

當(dāng)前的問(wèn)題

報(bào)告還指出，即使是鈷，天然石墨，銦和其他元素，100%的全球車(chē)隊(duì)也將擁有豐富的電氣化資源。然而，供應(yīng)可能會(huì)受到地緣政治風(fēng)險(xiǎn)的影響，因?yàn)榻^大多數(shù)所需材料都是在極少數(shù)已經(jīng)在地緣政治緊張局勢(shì)中掙扎的國(guó)家開(kāi)采的。

電解質(zhì)材料也是引起關(guān)注的原因。據(jù)研究人員介紹，鋰離子電池的化學(xué)分解導(dǎo)致形成劇毒的氟化氫。通常使用的電解質(zhì)材料也是易燃的，例如，在隧道中的汽車(chē)碰撞的情況下，這可能成為嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

諸如鉛酸電池之類(lèi)的替代結(jié)構(gòu)在原材料采礦方面具有優(yōu)勢(shì)。流通中的大部分鉛都是循環(huán)使用的，并且可以繼續(xù)使用。這消除了在緊張的地緣政治區(qū)域中對(duì)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)不可持續(xù)的采礦的需要。另一方面，鉛也具有高度毒性，并被列入歐洲化學(xué)品管理局的高度關(guān)注物質(zhì)候選清單。此外，鉛酸電池中使用的電解液-硫酸-引起人們對(duì)人類(lèi)健康的高度關(guān)注。

關(guān)于能量密度，該報(bào)告稱(chēng)鋰離子電池每千克瓦特小時(shí)(Wh/kg)的最高比例為100-200。其次是鈉硫(120-150Wh/kg)，鈉鎳氯(95-120Wh/kg)，鉛酸(25-50Wh/kg)和氧化還原液流(10-50Wh/kg))。

亞軍

為了避免毒性影響，作者提出了可以被利用的替代組合物清單。他們認(rèn)為鋰硫是下一代電動(dòng)汽車(chē)最有希望的候選者之一。這種系統(tǒng)可以避免鎳和鈷。研究人員稱(chēng)，陰極材料含硫，價(jià)格便宜且含量豐富，而且這類(lèi)電池的毒性會(huì)降低22%，但目前它們的體積能量密度也很差-這意味著它們很輕但很大。

鋰空氣使用氧氣作為電極材料，并將能量密度提高了十倍。然而，該報(bào)告指出，在實(shí)踐中，該技術(shù)需要做出巨大努力以避免環(huán)境空氣中的純氧降解。這可以通過(guò)空氣分離裝置和氧氣罐來(lái)完成，但是這些措施會(huì)顯著降低電池的能量密度。作者承認(rèn)這兩種技術(shù)的能耗也更高，因此溫室氣體排放量更高。

最后，研究人員聲稱(chēng)他們“毫無(wú)疑問(wèn)”將鈉離子電池視為最有吸引力的候選者，以規(guī)避鋰離子系統(tǒng)的不利影響。他們說(shuō)，鈉是非常豐富的，與地緣政治問(wèn)題無(wú)關(guān)。電池的能量密度低于鋰離子電池，但研究人員相信重大進(jìn)展是可行的。在這方面，他們還引用了歐洲戰(zhàn)略能源技術(shù)電池計(jì)劃，該計(jì)劃也強(qiáng)調(diào)了鈉離子的潛力。

專(zhuān)為重用而設(shè)計(jì)

該報(bào)告還考慮了電池壽命終止處理的問(wèn)題。到2020年，預(yù)計(jì)將使用大約250億個(gè)鋰離子電池。在歐盟和其他市場(chǎng)，由于其毒性，禁止埋葬或焚燒它們。該報(bào)告的作者稱(chēng)，目前回收它們的努力是為了回收鎳，鈷和銅。由于經(jīng)濟(jì)原因，即使技術(shù)上可行，其他材料也不能充分回收。例如，鋰通常以用作建筑材料的爐渣結(jié)束。此外，有人擔(dān)心降低電池中鈷的使用會(huì)使鋰回收變得不經(jīng)濟(jì)。結(jié)果可能是鋰沒(méi)有被回收，抵消了避免或使用更少鈷的好處。

第二次使用壽命也起著獨(dú)特的作用，因?yàn)镋V電池保留了其初始容量的75-80%。這足以繼續(xù)用于固定儲(chǔ)能。盡管研究人員承認(rèn)仍有待了解第二次生命中電池性能及其壽命的事情，試點(diǎn)項(xiàng)目正在進(jìn)行中，并將很快推出結(jié)果。目前的工藝是扭轉(zhuǎn)陰極和鋰的化學(xué)分解。

處于報(bào)廢處理的最前沿是回收和再利用的設(shè)計(jì)。鉛酸汽車(chē)電池的流線(xiàn)型和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)一直是這種電池高度回收的重要因素。采用這樣的設(shè)計(jì)將使鋰離子電池的回收更容易，并且成本更具競(jìng)爭(zhēng)力。除了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)該有“拆卸設(shè)計(jì)”方面，以盡可能有效地分離材料。

引用科學(xué)家Heelan等人的報(bào)告補(bǔ)充說(shuō)：“目前，我們正在尋求恢復(fù)和回收作為事后的想法。從第一天開(kāi)始，應(yīng)該考慮閉環(huán)思維和拆卸制造。“