电池已经成为非常重要的能源,因为各种各样的电子设备都依赖于便携式能源。随着电动汽车(EV)作为绿色汽车的推广,其日益普及,作为能源的电池已成为研究的重点。这也导致电池产量的增加。根据《电动汽车与气候变化和行动宣言巴黎宣言》,到2030年将使用1亿辆电动汽车。
锂离子(Li-Ions)电池是目前最常用的类型,据《金融时报》报道,到2025年,它们将占据电动汽车市场的90%。
矛盾的是,由于绿色EV的原材料采购,制造,使用和回收过程,其产生的碳排放量比矿物燃料汽车多。制造电池需要大量能源,从原材料的开采到生产中消耗的能源。尽管电动汽车被视为超级清洁能源,但消费者还需要考虑以下几点:
钴开采对刚果民主共和国的环境影响,例如粉尘,烟雾和废水;
拉丁美洲的问题,例如水资源短缺和锂开采产生的有毒物质泄漏;
俄罗斯镍矿开采造成的污染河流;
中国东北的空气污染。
刚果民主共和国的钴矿开采
电池是消耗性物品,并且具有使用寿命。这里的逻辑问题是,成千上万的废旧电池用完后将如何处理。根据英国《金融时报》的估计,到2025年,将有1100万吨废旧锂电池投入市场。为了保护我们的环境免受污染和有毒废物的危害,必须以最佳方式使用电池资源。
第一种解决方案是电池的重复使用原理,即处于“不良状态”的EV电池可用于其他应用,例如家庭或备用能源。当汽车电池的容量下降到70%至80%以下时,它们不再适用于电动汽车,但仍足以满足许多其他应用的需求。EV电池的使用寿命很长,估计长达10年,而通过重新使用它们,该寿命甚至可以延长到20年左右。
电池回收是第二种解决方案,可以与第一种解决方案结合使用。电池是通过在内部组合不同的材料制成的,因此其回收是一个复杂且昂贵的过程。锂是有价值的材料。要回收一吨锂,需要回收约30吨电池。然而,为了从矿山中提取一吨原锂,还必须挖掘大约1375吨土壤。
如上所述,电池由不同的物品组成:电解质,隔膜,箔和外壳均由不同的材料制成。它们需要分解然后再利用,这使该过程相当复杂。螺栓优于胶水,并且电子模块和铜连接器应易于分离。下图显示了电池组件和建筑材料。
碳是最昂贵的电池组件,几乎总是用作负极材料。钴和锂是非常有限的材料,由于它们的稀缺性,它们很有趣。镍对环境有剧毒,但锰并不像其他提到的那样令人担忧。
已经使用了多种电池回收方法,例如热解,水热回收和直接物理回收。这些都有其优点和缺点。直接和水热法使用特定于化学的过程,并且需要按含量对电池进行分类。直接的物理回收需要改进和适应,例如拆开电池内部的包装并能够有效地去除加工材料。
通常,预计回收钴或镍不会发生任何问题,但是回收锂需要引入新的工艺。使用热解方法不太可能具有成本效益。水热和直接物理方法可以帮助解决此问题,但是,需要对方法进行升级。
电池回收的主要问题是目前价格昂贵。基本上,购买新材料然后再回收用过的材料便宜。在电池材料方面,环境问题绝对是重要的方面。为了提高成本效益,需要改进回收方法,但政府法规还必须适应实施电池回收的要求。