在最近出版的《自然》雜志上,一篇題為《重新設計鋰離子電池還有十年》的文章指出,鋰離子電池的性能和價格的演變速度正在放緩。如果不加強對基于豐富鐵、銅等材料的電極材料的研究,電動汽車的大規模發展將受到限制。

電動汽車需要功能強大、重量輕、價格合理的電池。最好的選擇是商用鋰離子電池,它們相對緊湊且穩定。但它們仍然過于笨重和昂貴,無法廣泛使用。在過去的二十年里,可充電鋰離子電池的性能穩步提高。存儲在電池組中的能量是三倍以上,從每升200瓦時(Wh-1)到700瓦時(Wh-1);成本也下降了30倍,降至每千瓦時150美元左右。然而,這仍然高于美國能源部設定的每千瓦時100美元的可負擔性目標。一輛電動汽車(50-100千瓦時)仍然需要一塊重約600公斤、占用500升空間的電池。另一方面,隨著傳統技術接近基本極限,技術進步的步伐正在放緩,因為電極材料晶體結構之間的間隙中可以存儲的電荷量接近理論最大值。研究人員預測,下一次市場增長不會顯著降低價格,因為市場已經很大了。研究人員警告說,必須盡快找到鈷、鎳和其他稀有金屬的替代品,以滿足對電動汽車電池日益增長的需求,因為它們的稀缺性正在推高價格:在過去兩年中,鈷、鎳及其他稀有金屬價格翻了四番,從每公斤22美元漲到81美元。汽車制造商和政府預測,到2025年,每年將生產1000萬至2000萬輛電動汽車。如果每個汽車電池需要10公斤鈷,到2025年,電動汽車每年將需要10-20萬噸鈷,這是目前世界產量的大部分。同樣,每年需要40-80萬噸鎳,占當今金屬使用量的20-40%。當卡車、公共汽車、飛機和船舶改用電池供電時,需要更多的電力。如果沒有變化,20年后需求將超過產量。我們預測,鈷的價格將在2030年之前上漲,鎳的價格將于2037年或更早上漲。

到2050年,每年生產5000萬至8000萬輛電動汽車需要50萬至80萬噸鈷。從2030年起,這將遠遠超過目前的采礦能力。同樣,到2050年,鎳的需求將增長2-3倍。到20世紀30年代中期,鎳的短缺將顯而易見。一旦供應達到峰值,電動汽車電池的價格可能會上漲1000美元以上。鋰離子電池通過在兩個電極之間移動鋰離子來工作,從陽極流到陰極的離子會產生放電電流,為汽車提供電力。當電池充電時,鋰離子會回流。在今天的電動汽車商用電池中,鋰離子儲存在構成電極的晶體中的微小間隙中(這些晶體被稱為嵌入電極)。陽極通常由石墨制成,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,最有前途的替代方法是在電極中使用轉換材料,并與鋰離子與銅、鐵、氟化物和硅反應。通過轉換陰極中的過渡金屬,電池可以容納比標準陰極多6倍的鋰原子。原作者:Kostiantyn Turcheniuk,Dmitry Bondarev,Vinod Singhal&;
Gleb Yushin在最近出版的《自然》雜志上,一篇題為《重新設計鋰離子電池還有十年》的文章指出,鋰離子電池的性能和價格的演變速度正在放緩。如果不加強對基于豐富鐵、銅等材料的電極材料的研究,電動汽車的大規模發展將受到限制。

電動汽車需要功能強大、重量輕、價格合理的電池。最好的選擇是商用鋰離子電池,它們相對緊湊且穩定。但它們仍然過于笨重和昂貴,無法廣泛使用。在過去的二十年里,可充電鋰離子電池的性能穩步提高。存儲在電池組中的能量是三倍以上,從每升200瓦時(Wh-1)到700瓦時(Wh-1);成本也下降了30倍,降至每千瓦時150美元左右。然而,這仍然高于美國能源部設定的每千瓦時100美元的可負擔性目標。一輛電動汽車(50-100千瓦時)仍然需要一塊重約600公斤、占用500升空間的電池。另一方面,隨著傳統技術接近基本極限,技術進步的步伐正在放緩,因為電極材料晶體結構之間的間隙中可以存儲的電荷量接近理論最大值。研究人員預測,下一次市場增長不會顯著降低價格,因為市場已經很大了。研究人員警告說,必須盡快找到鈷、鎳和其他稀有金屬的替代品,以滿足對電動汽車電池日益增長的需求,因為它們的稀缺性正在推高價格:在過去兩年中,鈷、鎳及其他稀有金屬價格翻了四番,從每公斤22美元漲到81美元。汽車制造商和政府預測,到2025年,每年將生產1000萬至2000萬輛電動汽車。如果每個汽車電池需要10公斤鈷,到2025年,電動汽車每年將需要10-20萬噸鈷,這是目前世界產量的大部分。同樣,每年需要40-80萬噸鎳,占當今金屬使用量的20-40%。當卡車、公共汽車、飛機和船舶改用電池供電時,需要更多的電力。如果沒有變化,20年后需求將超過產量。我們預測,鈷的價格將在2030年之前上漲,鎳的價格將于2037年或更早上漲。

到2050年,每年生產5000萬至8000萬輛電動汽車需要50萬至80萬噸鈷。從2030年起,這將遠遠超過目前的采礦能力。同樣,到2050年,鎳的需求將增長2-3倍。到20世紀30年代中期,鎳的短缺將顯而易見。一旦供應達到峰值,電動汽車電池的價格可能會上漲1000美元以上。鋰離子電池通過在兩個電極之間移動鋰離子來工作,從陽極流到陰極的離子會產生放電電流,為汽車提供電力。當電池充電時,鋰離子會回流。在今天的電動汽車商用電池中,鋰離子儲存在構成電極的晶體中的微小間隙中(這些晶體被稱為嵌入電極)。陽極通常由石墨制成,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,最有前途的替代方法是在電極中使用轉換材料,并與鋰離子與銅、鐵、氟化物和硅反應。通過轉換陰極中的過渡金屬,電池可以容納比標準陰極多6倍的鋰原子。原作者:Kostiantyn Turcheniuk,Dmitry Bondarev,Vinod Singhal&;格萊布·尤申
標簽:世紀
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