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距離鋰電子電池革命僅余10年?如何應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車大規(guī)模發(fā)展?

鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng) ? 來(lái)源:楊湘祁 ? 作者:電子發(fā)燒友 ? 2019-03-08 14:49 ? 次閱讀

早在去年出版的《自然》(Nature 559, 467-470 )雜志上,一篇題為《距離鋰電子電池革命僅余10年》(Ten years left to redesign lithium-ionbatteries)的文章指出,鋰離子電池性能和價(jià)格的演進(jìn)速度正在放緩。如果不加大對(duì)基于儲(chǔ)量豐富的鐵、銅等材料的電極材料的研究,電動(dòng)汽車的大規(guī)模發(fā)展將受到限制。

電動(dòng)汽車需要功能強(qiáng)大、重量輕、價(jià)格實(shí)惠的電池。最好的選擇是商業(yè)化的鋰離子電池——它們相對(duì)緊湊和穩(wěn)定。但它們?nèi)赃^(guò)于笨重和昂貴,無(wú)法廣泛使用。

二十年來(lái),可充電鋰離子電池的性能穩(wěn)步提高。電池組所儲(chǔ)存的能量是原來(lái)的三倍多,從每升200瓦時(shí)(Wh - 1)增加到700瓦時(shí)(Wh - 1);成本也下降了30倍,降至每千瓦時(shí)150美元左右。但是,這仍高于美國(guó)能源部設(shè)定的每千瓦時(shí)100美元的負(fù)擔(dān)能力目標(biāo)。一輛電動(dòng)汽車(50-100千瓦時(shí))仍需要負(fù)載重達(dá)600公斤左右的電池,占用500升空間。

另一方面,隨著傳統(tǒng)技術(shù)接近基本極限,技術(shù)進(jìn)步的步伐正在放緩,因?yàn)樵陔姌O材料晶體結(jié)構(gòu)的間隙中可以儲(chǔ)存的電荷量已接近理論最大值。研究人員預(yù)計(jì),接下來(lái)市場(chǎng)的增長(zhǎng),并不會(huì)大幅降低價(jià)格——因?yàn)槭袌?chǎng)已經(jīng)很大了。

研究人員警告說(shuō),必須盡快找到鈷、鎳和其他稀有金屬的替代品,以滿足電動(dòng)汽車電池日益增長(zhǎng)的需求,因?yàn)樗鼈兊南∪闭谕聘邇r(jià)格:在過(guò)去兩年中,鈷、鎳和其他稀有金屬的價(jià)格翻了兩番,從每公斤22美元漲到了每公斤81美元。

汽車制造商和政府預(yù)計(jì),到2025年,每年將生產(chǎn)1000萬(wàn)到2000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車。如果每個(gè)汽車電池需要10公斤的鈷,到2025年,電動(dòng)汽車每年需要10-20萬(wàn)噸的鈷——這是世界目前產(chǎn)量的大部分。同樣地,每年需要40-80萬(wàn)噸鎳,占今天所用金屬的20-40%。當(dāng)卡車、公共汽車、飛機(jī)和船只改用電池供電時(shí),還需要更多的電力。

如果沒(méi)有任何變化,20年內(nèi)需求將超過(guò)產(chǎn)量。我們預(yù)計(jì)鈷的價(jià)格將在2030年前上漲,鎳的價(jià)格將在2037年或更早的時(shí)候上漲。

到2050年,每年生產(chǎn)5000萬(wàn)到8000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車將需要50萬(wàn)到80萬(wàn)噸鈷。而從2030年開始,這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前的采礦能力。同樣,到2050年,鎳的需求量將增加2-3倍。到本世紀(jì)30年代中期,鎳的短缺將很明顯。

而一旦供應(yīng)達(dá)到峰值,電動(dòng)汽車電池的價(jià)格可能會(huì)上漲超過(guò)1000美元。

鋰離子電池通過(guò)在兩個(gè)電極之間移動(dòng)鋰離子來(lái)工作,從陽(yáng)極流向陰極的離子會(huì)產(chǎn)生放電電流,為汽車提供動(dòng)力。而當(dāng)電池充電時(shí),鋰離子會(huì)回流。

在如今用于電動(dòng)汽車的商用電池中,鋰離子被保存在構(gòu)成電極的晶體中的微小空隙中(這些晶體被稱為插層電極)。陽(yáng)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,特別是稀有金屬,如鈷和鎳,既稀有又昂貴。

目前最有希望的替代方法是在電極中使用轉(zhuǎn)換材料,用銅、鐵、氟化物和硅與鋰離子發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)轉(zhuǎn)換陰極中的過(guò)渡金屬,電池可以容納比標(biāo)準(zhǔn)陰極多6倍的鋰原子。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:【今日焦點(diǎn)】鋰離子電池革命還有多少年,如何應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車大規(guī)模發(fā)展?

文章出處:【微信號(hào):Recycle-Li-Battery,微信公眾號(hào):鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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