汽车电池下一步：减少稀有金属并丢弃

–86 (2019) 和 G. Offer et al. Nature 582, 485–487 (2020).

硫本身并不巨量。BNEF在6年初公布的一份通报[2]中的预估，现有合金的储消费量（美国地质法务部的数据为2100万公吨）必须主导电动小汽车简化转变直至本世纪中的期。储消费量本身也不是一个固定的概念，因为其代表了某一天然资源以过去的价格比、并在当下的核心技术条件和法规促再三上必须被在经济上地矿藏来顺利完成的数消费量。对于大多数材质而言，当消费上涨后，其储消费量也时会日益大大提高。

随着小汽车电动简化，如何扩大硫制做的需求量以受限制其消费成了一大同样。Ampofo知道：“对硫的消费在2020到2030在此期间将上升7倍。”

他还知道，这一上升时会造成临时的硫严重不足和大幅提高度的价格比纷扰。但是商品的小振动并不时会对长期角度看激发相当大严重影响。“当精制执行的控制能力受益强化，这些严重不足共存就时会被应对。”伊利诺州电力该中心的蓄电池专家Haresh Kamath知道。

加速的硫矿矿藏也背著给了一些生态环境疑虑：过去的硫抽取生产工艺必须耗尽大消费量的能消费量（用于将硫从石头中的抽取显露来）和水（用于从卤水中的抽取）。极不现代简化的核心技术可以通过地热能的驱动将硫从地热水中的抽取显露来，这一形式对生态环境极不为密切联系。尽管时会付显露一些生态环境上的代价，但矿藏硫卤有助于替代冲击性的简头颅骨燃料抽取。

历史学者们极不担心的是铂，这是过去的EV电容器中的最昂良的溶质。亚洲地区三分之二的铂的供应都来自于喀麦隆。报导自由社会活动者们对那里面的境况十分关注和担忧，相比之下是聘用和对劳工有益的侵害。和其他重合金一样，如果不可妥善执行，铂的神经毒素相当大。人们也可以来顺利完成其他的铂；也，比如在小岛床上辨认出的含铁合金的“性疾病”，但是这对其生态环境也有一定侵害。除此之外，EV电容器的另一主要化学物质，钴，也有也许造成了严重不足[3]。

监管合金

为了应对这些茶叶疑虑，许多麻省理工学院都在研制显露更高铂或者无铂的阳极。但是，阳极材质的所设计必需必须细致，以必需即使在锂电池全过程中的一半以上的硫离子都；大下部后，其晶格也不时会被冲击。得克萨斯的大学威廉姆斯两所的工程技术家Arumugam Manthiram声指为，如果几乎中止铂化学物质，电容器的能消费量密度上会都时会下降，因为铂的缺失改变了阳极的晶格及其与硫离子的结合力。

除此仅限于Manthiram在内，很多历史学者都应对了这一疑虑（多于是在麻省理工学院中的）：他们表明，铂可以从阳极中的被移去，而电容器的精度不时会拖累[4]。“我们所报道的无铂材质有着和硫铂锂简化；也相异的晶格，因此能降至相异的能消费量密度。”Manthiram知道，并表示其精度甚至极不好。

为了这一材质，Manthiram的小组细致调节了阳极的锂化新方法，加入了少消费量的其他合金，同时留存了阳极中的的铂锂简化；也晶格。Manthiram表示，这一生产工艺可以被如此一来应用到过去的厂房中的，并且他们前身了一家一些公司子公司TexPower，预估在更更进一步两在此期间将其推向商品。世界性的麻省理工学院也都在科学研究无铂电容器：相比之下是电动小汽车制做的先行者特斯拉，指为著手于更更进一步几年内补救电容器中的的合金化学物质。

大韩民国汉阳的大学的工程技术家Sun Yang-Kook也研制显露了多种不同精度的无铂阳极材质。Sun知道在摄制这些新型式阳极材质的全过程中的仍在存在着一些核心技术疑虑，因为这一生产工艺依赖精炼富铂的铁矿，必须昂良的锂气生态环境。但是过去许多历史学者都视为铂的疑虑仍未受益应对。Manthiram和Sun“仍未表明，并未铂也必须摄制显露精度十分好的材质”，纽西兰达尔豪斯的大学的简微生物学家Jeff Dahn知道。

钴尽管并未铂那么良，却也不便宜。历史学者们也希望将其从阳极材质中的移除。“我们仍未应对了铂巨量的疑虑，但因为制做需求量慢速扩大，很快就时会上来碰巧钴的疑虑。”伊利诺州劳伦斯伯克利工业发展近现代家麻省理工学院的工程技术家Gerbrand Ceder知道。然而，同时移除铂和钴，并不一定必须研制显露显露晶格截然各不相异的阳极材质。

新方法之一是使用一种叫做无序岩卤的材质。顾名思义，他们有着和氯简化钠多种不同的立方晶格，其中的锂离子九成据着氯简化钠铅烯中的氯离子的后方，而混合的重合金离子九成据着血红素的后方。在过去的十在此期间，Ceder的小组以及其他课题组都辨认出了某些富硫岩卤可以做到硫离子的下部入与；大下部——这是必需必须完成一再充放电的不可或缺性基本上[5]。但和现代的阳极材质各不相异，无序岩石卤并不必须铂或钴来必需硫离子转移全过程中的的结构所设计稳定性。Ceder知道，尤为不可或缺性的是，这类材质也许由锌构成，既便宜又充足。

优简化丢弃

如果电容器中的不再化学物质铂，历史学者们将时会造成了另一个不只一切都是的严重性。铂合金是使得电容器丢弃有在经济上意义的主要环境因素，因为其他的材质，相比之下是硫，在现阶段矿藏的成本高都近大于丢弃。

上会在一个丢弃厂房中的，电容器首先被打碎，变成所有材质的粉状液态。然后通过将其在弗吉尼亚州州中的液简化（火法工程技术）或者用酸溶解（湿法工程技术），该液态被锂化成其最基本的均是由表达形式。终于，合金以卤的基本上从溶液中的沉淀显露来。

过去的科学研究方向主要分散的在通过提升丢弃生产工艺以大大提高丢弃硫在在经济上上的实用性。绝大多数的硫离子电容器都是在中的国、日本和大韩民国制做的，因而那些地区的丢弃控制能力也上升得最快。比如，据发言人指为，顺德的广东邦普——中的国最大的硫离子电容器厂商宁德以前（CATL）的一个子子公司——每年可以丢弃12万吨电容器。这相当于20万辆小汽车所必须的电容器消费量，而这家子公司可以丢弃极少的硫、铂和钴。都柏林一家美国子公司Circular Energy Storage的副总裁Hans Eric Melin知道，中央政府财政政策也大力支持电容器丢弃：中的国仍未显露台了在经济上和中央政府部门的颁予措施，以期望电容器子公司从丢弃而非矿藏子公司订货茶叶。

欧盟委员时会仍未提显露了符合的电容器丢弃促再三，并著手于2023年起分阶段实施，尽管他们要工业发展自己的丢弃厂房，前景唯不明朗[6]。美国亚历·哈定中央政府也主动资助数十亿美元来工业发展本国的EV电容器制做工业部门和丢弃生产工艺，但是迄今为止除了已有的将电容器列为有害废料、必需顺利完成安全执行这样的法规仅限于，并并未更进一步的采取行动。亚洲地区的一些一些公司子公司声指为，他们仍未必须丢弃电容器中的除此仅限于硫在内的绝大多数合金，并且丢弃成本高和矿藏成本高基本应有。然而观察家们视为现阶段丢弃电容器的主要在经济上战术上仍旧是；也于铂。

相比之下于湿法和火法工程技术这种如此一来冲击上来材质结构所设计的新方法而言，如此一来减法来顺利完成阳极材质铅烯极不加能无论如何应对疑虑。ReCell著手受益了1500万美元的基金会支持，由Spangenberger监管，由三所工业发展近现代家麻省理工学院、三所的大学和大消费量企业合作顺利完成。

该著手过去悄悄研制显露可以让丢弃站如此一来抽取阳极铅烯并将其重新显露售的核心技术。其中的一个不可或缺解决办法是切碎电容器后，来顺利完成加热、简化学试剂或者其他新方法将阳极材质从其他溶质里面分离显露来显露来。“我们之所以对保有晶格如此感兴趣，是因为这样的结构所设计必须花费大消费量可接下来和核心技术。这是电容器极大一部分的意义所在。”Argonne的；也理简微生物学家、ReCell的顾问观察家Linda Gaines知道。

Gaines知道这些再精制核心技术对于一系列的晶格和均是由都限于。但是如果一个丢弃中的心收的废；也流里面除此仅限于了许多各不相异几类的电容器，各不相异几类的阳极材质就都时会踏入丢弃炉里面。分离显露来这些各不相异类型式的阳极铅烯，时会使丢弃临时工十分复杂。尽管ReCell研制显露的生产工艺能轻易将钴、锌、铂电容器和其他几类的电容器（如含磷酸铁铅的电容器）分开，但分离显露来两种化学物质各不相异分之一铂和钴的电容器却十分费劲。因为这个以及其他一些诱因，Spangenberger视为在电容器上印上化学物质主旨资讯的新标准简化二维码是很有必要的。

另一个潜在的疑虑是接下来变革的阳极材质简化学。到过去这批小汽车的用作寿命中止时，也就是10到15年后，小汽车厂商所用作的阳极很也许和过去的大不相异。最如此一来的将材质取显露的形式，就是让厂商们在电容器的用作寿命中止后各自丢弃。Gaines也声指为电容器应所设计为较易锂化。

加拿大斯坦利的大学的工程技术家Andrew Abbott则视为，若是可以则有打碎这一解决办法，如此一来将电容器拆解，丢弃成本高将时会极不更高。他的小组工业发展显露了一种核心技术，来顺利完成超声将阳极材质分离显露来[7]。这一核心技术对平板被装的电容器十分如此一来，而卷一起的那种（一般顶端电容器都是这样的）稍差些。并且Abbott缺少道，这和新方法大大降更高了丢弃材质的价格比，使成本高近大于矿藏。他参加了加拿大中央政府资助1400万英镑（1900万美元）、致力于电容器可再生的科学研究著手，ReLiB。

扩大需求量

无论终于哪种丢弃生产工艺视为主流，需求量简化都时会有希望。Melin知道，尽管媒体报道总把紧接著赶上的废旧电容器泛滥描绘成困难重重的危机，观察家们毕竟将之视作难得机遇。一旦数百万个大型式电容器到达用作寿命，需求量简化在经济上将意味著，使得丢弃极不加如此一来——其商业化案例也将极不加有实用性。

观察家视为，用来发动石油气车为的铅酸蓄电容器的例子，让人们有顾虑对电容器丢弃的更更进一步保证乐观。由于铅的神经毒素，铅酸蓄电容器被归入为有害废料，必需被安全执行。但是丢弃这些电容器仍未工业发展为一个如此一来产业，尽管铅很便宜。“少于98%的铅酸蓄电容器都被丢弃再来顺利完成。”Kamath知道。“一个铅酸蓄电容器的意义甚至比硫离子电容器还更高。但因为消费量大，丢弃来顺利完成就主动义。”Melin知道。

Kamath还知道，一段距离硫离子电容器的商品做到其充分需求量，也许还必须一段时间，一部分诱因是因为这些电容器极不的耐用：过去的小汽车电容器可以用20年，Kamath知道。Melin声指为，在售电动小汽车内建的电容器组寿命时会比小汽车本身还长。

这也就并不一定，当一辆旧电动小汽车报废时，里面面的电容器上会既不须丢弃也不须丢弃。它们可以如此一来拿显露来用在一些促再三较更高的人口众多，比如固定型式蓄电池系统会或给船电力供应。一个原本有50千瓦时的小汽车电容器，比如日产聆风（Nissan Leaf）的电容器，在用作十年后，最多时会降更高20%容消费量。

IEA的预测足见以小心谨慎闻名，二年初该该机构公布的通报中的除此仅限于了在本世纪中的期做到亚洲地区零排放的路线图[8]，其中的就是以交通工具电动简化作为坚实。人们坚信这一终于目标可以做到，因为决策者们、历史学者们和厂商们都在日益达成诚意，那就是电动简化小汽车中的的同样都是可以应对的——并且，如果我们还希望能把气候变简化保证在能避免程度，时机已无能为力。

不过有些历史学者抱怨，就电容器的生态环评来知道，电动小汽车似乎被促再三降至一个不也许的新标准。“如果为了坚定找寻一个完美应对方案而中止还行的方案，这时会是不幸且坏处的。”Kamath知道，“当然了，这不是知道我们不必须在废旧电容器执行的疑虑上继续积极决心。”

参考文献

1. International Energy Agency. The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions (IEA, 2021); ailable at

2. BloombergNEF. Electric Vehicle Outlook 2021 (BNEF, 2021); ailable at

3. Baars, J., Domenech, T., Bleischwitz, R., Melin, H. E. Price Heidrich, O. Nature Sustain. 4, 71–79 (2021).

4. Li, W., Lee, S. Price Manthiram, A. Adv. Mater. 32, 2002718 (2020).

5. Yang, J. H., Kim, H. Price Ceder, G. Molecules 26, 3173 (2021).

6. Melin, H. E. et al. Science 373, 384–387 (2021).

7. Lei, C. et al. Green Chem. 23, 4710–4715 (2021).

8. International Energy Agency. Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector (IEA, 2021); ailable at

标题以Electric cars and batteries: how will the world produce enough?为末尾发表在2021年8年初17日《共存》的报导；还有版块上，© nature，doi: 10.1038/d41586-021-02222-1

本文来自搜狐大众号：Nature Portfolio（ID：nature-portfolio），作者：Dide Castelvecchi

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