Hogyan lehet a memoji teljes növekedését

Elektromos járművek és elemek. Hogyan kell eléggé biztosítani az első másodpercet?

A szűkös fémek használatának csökkentése és azok feldolgozása – az egész világ átmenete az elektromos járművekre.

Korszak elektromobilok közeledve. Az idei év elején az American Automotive General Motors bejelentette, hogy évente meg akarja állítani a benzin és a dízel modellek értékesítését. Az Audi azt tervezi, hogy megállítja az ilyen autók termelését az évig. Sok más autóipari transznacionális vállalat hasonló terveket adott az elektromotorosnak.

Hirtelen, az erőfeszítések nagy autógyártók számára felvillanyozó az autó modellek kezdett hasonlítani egy versenyautó. A villamosítás lendületet kap olyan mértékben, hogy még a legtöbb idős támogatója sem tudott álmodni. Sok országban a kormányrendelet felgyorsítja az ilyen változásokat. De még új politika vagy szabály nélkül is, a személygépkocsik világ értékesítése az év során az elektromos járműveken lesz, a Bloombergnef (BNEF) konzultációs vállalat szerint Londonban. Ez a nagyszabású ipari átalakulás védjegyek a „átmenet az üzemanyagot az anyag az energia rendszer”, a Nemzetközi Energia Ügynökség (MEA) azt mondta, május 1-jén. Az elkövetkező évtizedekben több száz millió jármű jön ki az utakon, melyek tömeges akkumulátorokkal. És mindegyik elemek több tíz kilogrammot tartalmaznak, amelyeket még nem kaptunk meg.

Átutalás a villamos energiába: egy diagram, amely az elektromos járművek értékesítésének kiszámítható növekedését mutatja az akkumulátoros akkumulátoroknál az évig.

A világ előrejelzése, amelyben az elektromos járművek érvényesülnek, az anyagi tudományok két nagy problémával dolgoznak.

Egyikük, hogyan csökkenthetjük a fémek olyan elemeket, amelyek hiányosak, drága vagy problémás, mivel a termelés konjugált komoly környezeti és társadalmi költségeit. A másik az, hogy javítsa az akkumulátorok feldolgozását, hogy az értékes fémek a kiégett autógyártásban hatékonyan újrahasználhatók. „Recycling fog kulcsszerepet játszik ebben a folyamatban”, mondja Kvashi AMPOFO bányamérnöknek vezető elemzője BNEF a kohászati ​​és bányászati. Az akkumulátorok és az autógyártók már több milliárd dollárt költenek az elektromos járművek gyártási és feldolgozási költségeinek csökkentése érdekében (EV) – részben a kormányzati ösztönzők és a közelgő szabályozás elvárásainak köszönhetően. Nemzeti kutatási szponzorok is alapított központ a tanulmány a hatékonyabb termelési módszerek és feldolgozási elemeket. Mivel még mindig olcsóbb, mint a fémek készítéséhez, akkor a legtöbb esetben a legfontosabb cél az értékes fémek kivonásának folyamatainak kialakítása, amely meglehetősen alacsony költséggel versenyezhet az éppen gyártott fémekkel. „Legfőképpen beszélni pénz”, mondja Jeffrey Spangenberger, vegyész mérnök a diffraktáltuk Lemont, Illinois, amelynek élén az Egyesült Államok által támogatott feldolgozását lítium-ion akkumulátorok úgynevezett Recell.

Lítium jövő

A kutatók első feladata az, hogy csökkentse az elektromos jármű akkumulátorokhoz szükséges fémek mennyiségét. Az összeg függ az akkumulátor típusától és az autómodelltől, hanem egy autó lítium-ion akkumulátor (típus, az NMC néven ismert) tartalmazhat körülbelül 8 kg lítiumot, 35 kg nikkel, 20 kg mangán és 14 kg kobalt Az Argonne Nemzeti Laboratóriumhoz. Az elemzők nem számítanak a közeljövőben a lítium-ion akkumulátorok elhagyása: költségük olyan élesen csökken, hogy valószínűleg a belátható jövőben a domináns technológiák lesznek. Most már 30-szor olcsóbbak, mint amikor először beléptek a piacra, mint kis hordozható elemek az évek elején, még akkor is, ha a termelékenység javult. BNEF azt jósolja, hogy a költségek a lítium-ion akkumulátorok az elektromos autók az év alá fog esni dollárt kilowattóránként, ami mintegy 20% -kal alacsonyabb, mint ma (lásd. “Az elemek költségeinek csökkentése”). Ennek eredményeként az elektromos járművek, amelyek még sokkal drágábbak, az évek közepén paritási árakat kell elérniük. (Bizonyos becslések szerint az elektromos autók már olcsóbbak, mint a benzinmotoros autók, az egész élettartam egészében az alacsonyabb táplálkozás és karbantartás miatt.) Az akkumulátorok költségeinek éles csökkenése: egy grafikon, amely éles cseppet mutat a lítium-ion akkumulátorok költsége óta az év óta.

Forrás: M. S. Ziegler J. E. Trancik Energy környezet. Sci. Hab (G.).

A villamosenergia-termeléshez lítium-ion akkumulátorok mozognak a lítiumionokat egy rétegből, az úgynevezett anodomnak, egy másik katódnak. Ezek elkülönülnek egy másik réteg – elektrolit. A katódok a legfontosabb korlátozó tényező az elemek jellemzői, és ezek a legértékesebb fémek. A tipikus lítium-ion akkumulátorelem katódja vékony gél alakú réteg, amely mikroszkópos kristályokat tartalmaz, amelyek gyakran hasonlóak az ásványi anyagokhoz, amelyek természetesen megtalálhatók a Föld kéregében vagy köpenyében, például olivin vagy spinelben. A kristályok negatív töltésű oxigént csatlakoztatnak pozitív töltésű lítiummal és különböző más fémekkel – a legtöbb elektromos járművön. Az akkumulátor feltöltése lítiumionokat eszik az oxid kristályaiból, és vonzza az ionokat a grafiton alapuló anódhoz, ahol tárolják őket, a szénatomok rétegei között vannak rögzítve.

Maga a lítium önmagában nem hiány. A Júniusi Júniusi jelentés BNEF2, becslések szerint a jelenlegi készletek e fém – 21 millió tonna, az amerikai geológiai szolgáltatás – elegendő ahhoz, hogy átálljon az elektromos járművekre a század közepéig. És készletek – ez egy megfelelő koncepció, mert az összeg a forrás, amely lehet gazdaságilag előnyös a jelenlegi árakon és figyelembe véve a jelenlegi technológiák és szabályozási követelményeknek. A legtöbb anyag esetében, ha a kereslet növekszik, végül a tartalékok jelennek meg. Az AMPO szerint, ahogy az autó villamosított az autó, a probléma az, hogy növelje a lítium termelését a kereslet kielégítésére. “Egy év alatti időszakban körülbelül hét alkalommal fog nőni.”. Elmondása szerint ez ideiglenes hiányhoz és éles áringadozáshoz vezethet. De az icot a piacon nem fogja megváltoztatni a képet hosszú távon. „Mivel a gyártási kapacitás épül, ez a hiány valószínűleg eltűnik”, mondja Haresh Kamat, energiatároló szakember a Palo Alto Research Institute, California.

A lítiumtermelés növekedése saját környezeti problémáit hordozza: a meglévő gyártási formák nagy mennyiségű energiát igényelnek (a rockból kivont lítiumra) vagy a vízből (brisets kivonására). De sokkal korszerűbb módszerek kivonására lítium geotermikus víz geotermikus energia, hogy ellenőrizzék a folyamatot tekintjük biztonságosabb. És ennek ellenére a környezeti kár, a lítiumbányászat segít a fosszilis üzemanyag pusztító termelésének helyettesítésében. A kutatók jobban aggódnak a kobalt miatt, ami a modern elektromos jármű akkumulátorok legértékesebb összetevője. A világállományok kétharmada a Kongói Demokratikus Köztársaságban bányászott. Az emberi jogi aktivisták aggodalmukat fejezték ki az ott, különösen a gyermekmunka és a munkavállalók egészségének kárára; Mint más nehézfémek, kobalt mérgező helytelen kezelhetőséggel. Alternatív forrásokat lehet használni, például a meztelen “kongói”, amely a tengerfenéken található, de saját környezeti veszélyt jelentenek. Nikkel, az elektromos járművek másik fontos eleme is hiányozhat.

Fémgazdálkodás

A nyersanyagok problémáinak megoldása érdekében számos laboratórium kísérletezett alacsony kobalt kobalt kobatonokkal vagy kobalt nélkül. De a katód anyagok gondosan kell megtervezni, hogy azok a kristályos szerkezete nem elpusztult, akkor is, ha több, mint a fele a lítium ionok eltávolítása közben töltés. És a teljes elutasítás kobalt gyakran csökkenti a fajlagos energia az akkumulátor, azt mondja, az anyag tudós Arumugam Mantiram a University of Texas, Austin, mert megváltoztatja a kristályszerkezet a katód és hogyan határozottan képes kötődni lítium.

A Mantiram a kutatók közé tartozik, akik ezt a problémát megoldják – legalábbis a laboratóriumban – bizonyítják, hogy a kobalt eltávolítható a katódoktól. “A kobalt nem tartalmazó anyag, amelyről tájékoztatjuk, ugyanolyan kristályszerkezettel rendelkezik, mint a lítium-kobalt-oxid, és ezért ugyanolyan energiasűrűség” vagy még jobb “- mondja Mantiram. A csapata ezt elérték a katódok előállításának módjának beállításával és kis mennyiségű más fémek hozzáadásával, miközben fenntartja a kobalt kobalt-oxid kristályszerkezetét. Mantiram azt mondja, hogy a bevezetése ez a folyamat a meglévő gyárak legyen egyszerű, és alapított egy új cég, a Texpower hogy megpróbálja, hogy ez a piac az elkövetkező két évben. Más a világ laboratóriumaiban dolgoznak staleless elemek: különösen az innovatív gyártó Tesla elektromos járművek székhelyű Palo Alto, Kalifornia, azt mondta, hogy azt tervezi, hogy megszünteti a fém az akkumulátorokat a következő néhány évben. Sun Yang Cook, a University of Hanian Szöul, Dél-Korea, a másik anyag tudós, akik elérték a hasonló mutatók dolgozó nem-absobate katód. Sun azt mondja, hogy lehet, hogy néhány technikai probléma, ha új katód, mert a folyamat feldolgozásán alapuló gazdag ércek gazdag nikkel, melyek drága tiszta oxigén. De sok kutató most figyelembe veszi a kobalt problémát szinte megoldott. Mantiram és San „kimutatta, hogy meg lehet csinálni nagyon jó anyag nélkül kobalt és [azok] nagyon jól működik”, mondja Jeff Dan, vegyész Dalhaus Egyetem Halifax, Kanada.

Nikkel, bár nem olyan drága, mint a kobalt, szintén nem elegendő. A kutatók is eltávolítani akarják. „Mi megoldotta a problémát a hiányzó kobalt, hanem azért, mert megemeléséről, így gyorsan, megyünk egyenesen arra a problémára, nikkel,” mondja Herbrand Seder, a materialista tudós a National Laboratory Lawrence Berkeley, Berkeley-ben. De mind a kobalt, mind a nikkel eltávolítása megköveteli a katódanyagok teljesen különböző kristályszerkezetére való átmenetet. Az egyik megközelítés a rendezetlen kő sóknak nevezett anyagok használata. A nevüket a kubikus kristályszerkezetük miatt kapták meg, amely hasonló a nátrium-klorid szerkezetéhez, ahol az oxigén a klór szerepét játssza le, és a nehézfémek keveréke helyettesíti a nátriumot. Az elmúlt évtizedben a szomszédos csapat és más csoportok kimutatták, hogy bizonyos gazdag gazdag kő sók lehetővé teszik a lítiumot, hogy könnyen belépjenek és ki, ami fontos tulajdon, amely biztosítja az újratöltés lehetőségét. De, ellentétben a hagyományos katód anyagok, rendezetlen kő sók nem igényelnek kobalt vagy nikkel, hogy stabil marad az eljárás során. Különösen mangánból készülhetnek, ami olcsó és nagy mennyiségű, mondja Seder.

Ártalmatlanítsa a jobbat

Ha az elemek kobalt nélkül készülnek, a kutatók előre nem látható következményekkel járnak. A fém a fő tényező, amely az elemek gazdaságos feldolgozását teszi lehetővé, mivel más anyagok, különösen lítium extrakciója jelenleg olcsóbb, mint az újrahasznosítás. Egy tipikus feldolgozó üzemön az elemeket először összetörjük, amelynek eredményeképpen az elemeket az összes használt anyag porkeverékké alakítják át. Ez a keverék ezután szétesik az elemi komponensek vagy az olvadás (pirometlurgy), vagy sav (hidrométerleggia) oldásával. Végül a fémek sókból kerülnek letétbe.

A kutatás erőfeszítései összpontosították a felülvizsgált lítium gazdaságilag vonzóvá tételét. A lítium-ion akkumulátorok túlnyomó többsége Kínában, Japánban és Dél-Koreában készült; Ennek megfelelően az újrahasznosítás lehetőségeit gyorsabban növekszik. Például található Foshan Guangdong Brunp – leányvállalata CATL, a legnagyobb gyártó a lítium-ion elemek Kínában – képes feldolgozni tonna elemek évente szerint a cég képviselője. Ez az egyenértékű, hogy mit fognak használni több autóban, és a vállalat képes helyreállítani a legtöbb lítiumot, kobaltot és nikkeleket. A kormány politikája hozzájárul ehhez: Kínában, ott már a pénzügyi és szabályozási ösztönzőket termelő cégek elemek kapnak anyagok újrahasznosítása cégek, és nem importálja csak bányásznak, – mondja Hans Eric Melin ügyvezető igazgatója Kör Energy Storage Consulting Company Londonban. Az Európai Bizottság azt javasolta, szigorú követelményeket feldolgozására akkumulátorok lehet bevezetni szakaszosan évben, de a kilátások ennek a blokknak a fejlesztés a hazai feldolgozóipar nem egyértelműek. Joe Bayiden amerikai elnöke időközben több milliárd dollárt szeretne költeni a hazai akkumulátorgyártó iparág fejlesztésére az elektromos járművek és az ártalmatlanítás támogatása érdekében, de még nem javasolta azokat a szabályokat, amelyek túlmutatnak a meglévő jogszabályok azon szabályozásán, amelyek az akkumulátorokat veszélyes hulladékként osztályozzák biztonságosan ártalmatlanítva. . Észak-Amerikában néhány újonc cégek kijelentik, hogy már kivonhatják az akkumulátorokból származó fémek nagy részét, beleértve a lítiumot, valamint a termelési költségekkel versenyképes költségeken, bár az elemzők azt mondják, hogy ebben a szakaszban a teljes gazdasági haszon csak azért van, mert vannak kobalt az elemekben.

A radikálisabb megközelítés a katódkristályok újrafelhasználása, és nem elpusztítja a szerkezetüket, mint a Hydro és a pirometallurgy. A Recell, a Spanneberger által kezelt 15 millió dollárt értékű közös vállalkozás három nemzeti laboratóriumot, három egyetemet és sok iparági szereplőt tartalmaz. Olyan módszereket fejleszt ki, amelyek lehetővé teszik a recyclars számára a katódkristályok kivonatát és az őket. Az akkumulátorok zúzódása után az egyik legfontosabb lépés, a katódanyagok szétválasztása a többiektől hő, vegyi anyagok vagy egyéb módszerek. “Az oka, hogy ilyen lelkesedést tartunk a kristályszerkezet megőrzéséhez, hogy sok energiát és technológiát vett igénybe, hogy hozza létre őket. Ez nagy értékű “- mondja Linda nyeresége, az argon fizikai-kémiai és a fő recell elemzője. A GANES szerint ezek a feldolgozási módszerek különböző kristályszerkezetekkel és kompozíciókkal dolgoznak. De ha az újrahasznosítási központ fogadja a hulladék áramlás, amely magában foglalja a különböző típusú elemeket, a különböző típusú katód anyaga, és végső soron azok fog esni egy feldolgozás kazánba bonyolíthatja kísérletet, hogy kiemelje a különböző típusú katód kristályok. Bár a folyamatok által kifejlesztett Recell könnyen szétválasztani a nikkel, mangán és kobalt más típusú sejtek, mint például a, például, azok, amelyek használata a lítium-vas-foszfát, nehéz lesz számukra osztani a két típus, amelyben Mindkettő kobaltot és nikkeleket tartalmaz, de különböző arányban. Ehhez és más okok miatt az akkumulátorok számára rendkívül fontos, hogy van-e szabványosított vonalkód, amely az újrahasznosításról szól, amely belsejében van, mondja Spangenerberger.

Egy másik potenciális akadály az, hogy a katódok kémiai összetétele folyamatosan megváltozott a technológiák fejlesztésével. Katódok, amelyeket a gyártók 10-15 évesnél idősek, és azok, amelyek a modern autók életciklusának végén lesznek – jelentős különbségek lehetnek. Ebben az esetben a szükséges anyagok gyártásának leghatékonyabb módja az, hogy saját elemeit az életciklus végén gyűjtsük össze. És az elemeket a semmiből kell kifejleszteni, hogy könnyebben szétszereljük, hozzáadják a nyereséget. Endrew Ebbott Ebbott A Leicester Egyetem, az Egyesült Királyság, azzal érvel, hogy a feldolgozás sokkal jövedelmezőbb lesz, ha hiányzik az őrlési szakasz, és közvetlenül elindítja az elemeket az elemek összetevőihez. Ő és munkatársai kifejlesztett egy módszert az ultrahangos katódanyagok elválasztására. A legjobban működik az akkumulátorelemek, amelyek csomagolva vannak, és nem minimalizálva (rendes “hengeres” elemek), és hozzáadja az EBBOTT-t, az újrahasznosított anyagokat sokkal olcsóbbá teheti, mint az elsődleges fémek. Részt vesz a kormány programja Nagy-Britannia számára a Stabilitási az Elemek nevű RELIB ér 14 millió font sterling (19 millió dollár).

De bármilyen feldolgozási folyamatok nem lettek szabványos, csak a skálázás segít. Melin szerint, bár a médiaüzenetekben a közelgő hulladék akkumulátorok a közelgő válságként írják le, az elemzők ebben a nagyszerű lehetőségben láthatók. Amint több millió nagy elem véget ért az élettartamra, megjelenik a skála hatása, amely hatékonyabbá teszi a feldolgozás hatékonyabbá tételét, és a gazdasági alapok vonzóbbak.

Az elemzők azt mondják, hogy az ólom-savas akkumulátorok példája – azok, amelyekkel a benzin autók fajtái – optimizmust eredményeznek. Az ólom mérgező óta ezek az elemek veszélyes hulladékként vannak besorolva, és biztonságos ártalmatlanításra kerülnek. De ehelyett a hatékony iparág jött létre, amelyben feldolgozták őket, annak ellenére, hogy az ólom olcsó. “Az ólom-savelemek több mint 98% -a helyreáll, és feldolgozva” – mondja Kamat. “Az ólom-savas akkumulátor értéke még alacsonyabb, mint a lítium-ion akkumulátoré. De a térfogat miatt bármilyen esetben értelme ártalmatlanítani “- mondja Melin. A lítium-ion akkumulátorok piacának meghozza a teljes méretét, részben azért, mert ezek az elemek rendkívül tartósak: A jelenlegi autó akkumulátorai 20 évig szolgálhatnak, Kamat azt mondja. Egy tipikus elektromos autóban, amely ma értékesít, az akkumulátor túléli az autót, amelyben épült, mondja Melin. Ez azt jelenti, hogy amikor a régi elektromos autókat a fémhulladékra küldi, az akkumulátorok gyakran nem dobják el és nem újrahasznosítják. Ehelyett eltávolítják és újrafelhasználják a kevésbé igényes feladatok, például az álló energiatároló eszközök vagy hajómeghajtók számára. Tíz év használata után egy autó akkumulátor, például a NISSAN levél, amely eredetileg 50 kilowattóra volt, a tartály legfeljebb 20% -át veszíti el. Tovább Maa Maa jelentést, a szervezet ismert történelmileg óvatos előrejelzéseket, benne egy ütemtervet, hogy elérjék a közepén a század nulla kibocsátás a világon, amely magában foglalja az átmenetet az elektromos járművek sarokköve. A bizalom az, hogy megvalósítható, tükrözi a politikusok, a kutatók és a gyártók közötti növekvő konszenzust, azzal a ténnyel, hogy az autók villamosításának problémái most teljes mértékben megoldódnak – és hogy ha legalább olyan reményt akarunk, hogy az éghajlatváltozást a kezelt Szint, nem pazarolhatod az időt. . De egyes kutatók panaszkodnak, hogy az elektromos járművek nyilvánvalóan megfelelnek a kivitelezhetetlen szabványnak az elemek környezetre gyakorolt ​​hatása szempontjából. “Sikertelen és ellentétes lenne, hogy elutasítsák a jó döntést, ragaszkodva ideális megoldáshoz” – mondja Kamat. “Ez természetesen nem jelenti azt, hogy nem szabad aktívan dolgoznunk az akkumulátor újrahasznosításának kérdésében”.