锂离子电池是当今最受欢迎的电池。自1991年首次商业化以来，其成本已显著下降97%在过去的30年里，这使得移动电话、笔记本电脑以及最近的电动汽车得以快速发展。全球需求预计到本世纪末，电池的使用量将大幅增加，这主要是由于全球电动汽车(ev)的普及。金宝博的网址
更多的电动汽车对气候来说是个好消息。毕竟，作为2020年忧思科学家联盟(UCS188金宝博)的分析显示一项即将发布的最新分析将证实，电动汽车在生命周期内的全球变暖排放量大大低于汽油和柴油动力汽车。188金宝搏手机版金宝博的网址但是，开采电动汽车电池所用材料(包括钴、锂和镍)也带来了一系列公共健康、环境和人权方面的挑战。尽管电动汽车具有相当大的环境效益，但随着世界向电气化交通系统过渡，“绿色”材料采购过程将势在必行，以确保更具可持续性和道德的供应链。
幸运的是，科学家们正在研究这个问题。他们正在改变电池的化学成分，以减少对某些金属的依赖，例如钴，并提出了回收和重新利用电池的方法，以最大限度地减少对新原材料的需求。
拜登政府已经注意到了这一点，他们希望到2030年，美国销售的所有新车中有一半是电动汽车。金宝博的网址它于2021年6月出版国家锂电池蓝图这项研究要求从电池中提取钴和镍。此外，两党基础设施法美国国会去年11月通过法案，承认有必要从电动汽车中回收关键材料，并专门为电池提供资金支持回收利用。
汽车制造商也在关注这一问题。去年秋天，日产宣布该公司计划在2028年之前推出无钴电池，而特斯拉说该公司将在入门级Model 3和Model Y车型上改用不含钴或镍的磷酸铁锂电池。
UCS也在发挥作用。我们的清洁交通项目记录该公司最近将电池专家杰西卡·邓恩加入了其团队。邓恩是加州大学戴维斯分校能源系统专业的博士候选人，在那里她一直担任锂离子电池回收咨询小组的联合协调员，该小组为加州立法机构提供咨询。她也是"电动汽车锂离子电池材料的圆度研究金宝博的网址，由环境科学与技术2021年3月，同行评议期刊。
所以，当我们收到一个关于如何解决锂电池缺点的问题时，我向邓恩寻求回应。来自密歇根州卡罗的Allison D写道:“我想知道电动汽车的锂电池替代品会是什么。我很好奇是否有一种更‘绿色’的方式来开采锂，或者是否有更好的选择。”
以下是我们对话的删节版。
EN:首先，欢迎来到UCS工作人员。很高兴你能加入。在我们回答艾莉森的问题之前，我想如果你能简单地解释一下汽油动力汽车电池和电动汽车电池之间的区别，以澄清人们可能存在的困惑，这会很有帮助。
JD:谢谢你邀请我!这是个好问题，因为汽油汽车电池和电动汽车电池是两种完全不同的动物，在功能、材料和尺寸上都不一样。汽油动力汽车包含一个铅酸电池，通常为12伏，其主要目的是为汽车启动提供动力。这种电池通常在30到60磅之间，如果磨损了，可以很容易地更换。电动汽车由锂离子电池供电。这些电池通常占据了汽车的整个底座，特斯拉Model 3的重量约为1060磅。
现在我们来谈谈材料。铅酸电池主要含有硫酸铅和硫酸。它们是相对便宜的材料，但它们不会产生能量密集的电池，这意味着它们不能在每单位材料中存储太多能量。锂离子电池包含多种关键材料这种电池虽然价格昂贵，但也会产生存储容量更高、效率更高、使用寿命更长的电池。这些因素是锂离子电池今天最受欢迎的主要原因。有趣的是,早期电动汽车原型它们由铅酸电池供电，但只能行驶很短的距离，充电时间也很长。
EN:好的。让我们先回答艾利森问题的第二部分。卤水锂萃取是否优于露天矿?这两种方法都能解决吗?
JD:这两种技术都有各自的缺点。坑内采矿包括挖掘含锂的岩石，通常是伟晶岩，然后将它们运输到地面，进行破碎、加热和化学处理，以回收碳酸锂。这种类型的采矿破坏土地，排放有毒空气和水污染，对附近的野生动物和社区构成威胁。
通过盐水萃取回收锂也会释放毒素，但主要问题往往是它会消耗淡水。这一过程需要开发人员将盐水从地下水池(salars)泵到发生自然蒸发的浅水池。当锂的浓度足够高时，杂质被去除，锂材料进入最终加工。这些设施通常建在气候非常干旱的地区，比如智利的阿塔卡马盐湖(Salar de Atacama)，从当地社区已经征税的供水中分流水。
EN:美国，它拥有世界上的一些最大的锂储量，并不是领先的锂生产商，但我们似乎正处于“锂热”的风口浪尖。目前，美国只有一家大型稀土生产商，银色的峰值在内华达州。该卤水提取设施于20世纪60年代启用，每年仅生产5000吨，不到全球年供应量的2%。但Silver Peak的老板Albemarle宣布去年，该公司计划到2026年将产量翻一番。
此外，还有一项新的重大进展正在进行:位于加州索尔顿海(Salton Sea)的卤水提取设施调用“该国最有前途和最环保的锂前景之一”。加州能源委员会估计，索尔顿海的锂储量足以满足美国未来的所有预期需求占世界需求的40%．你对这个项目有什么看法?
JD:开发人员以可持续的、合乎道德的方式采购电池材料是至关重要的，萨尔顿海项目可能是一个很好的选择。也被称为锂谷，该项目有供应潜力每年生产60万吨锂影响相对较小。该过程将提取锂作为地热能的双产物，这是目前还没有人做到的产业规模．这将是一种比坑采矿或典型的盐水提取更可取的提取方法，因为它使用更少的水和土地，以及排放更少的碳污染。
尽管有这些好处，该项目仍然需要一些淡水，以及需要钻探来建造一些新的地热设施，在开发商完成试点演示之前，我们无法知道它会排放多少污染。经济上处于弱势地位，已经在应对污染的索尔顿海域居民提出了抗议的担忧。该社区的供水不足，湖泊蒸发导致了大量的风吹灰尘威胁公众健康．萨尔顿海社区必须成为决策过程中的积极伙伴。如果处理得当，该项目有可能通过提供急需的公共资源和高薪工作岗位，重振当地经济。
撇开这些不谈，锂的最佳来源——以及所有电池材料的最佳来源——将是那些可以通过回收已经在使用的材料来回收的材料。
EN:这就引出了我的下一个问题。目前电动汽车锂离子电池的寿命估计为10至15年。一些人预测，他们可能会持续更长的时间。我知道这是你们密切关注的一个问题。它们可以回收再利用吗?
JD:所有的电池都可以回收，如果它们没有损坏，它们也可以重复使用，并重新用于固定存储。当电池到达使用寿命的尽头时，它预计将在大约80%容量．在这一点上，它仍然有很大的储能潜力，它可以用于要求较低的存储应用。
一个固定的使用例子是为可变的可再生能源(如太阳能或风能)提供备份，这对于从化石燃料向可再生能源的过渡至关重要。这就是改变目标的好处。它不仅可以延长电池的使用寿命，还意味着制造商不必为固定存储而生产全新的电池。该公司B2U美国最大的“二次生命”项目目前支持加州的太阳能发电。它只是众多进入“第二人生”市场的公司之一。
电池使用寿命结束后，可以回收关键材料，包括但不限于钴、锂、锰和镍。“材料循环”可以显著降低电动汽车的影响。一个最近的研究研究发现，通过湿法冶金加工回收的材料可以减少30%的全球变暖排放。188金宝搏手机版考虑到与采矿相关的影响，使用回收材料是一个更好的选择。
问:锂离子电池的回收正在工业规模上进行吗?还是只是假设?
JD:美国已经开始回收电动汽车电池。例如,红木材料该公司是内华达州的一家湿法冶金回收工厂，接受消费电子产品和电动汽车电池。该公司报告称，材料回收率为95%。许多公司正在扩大回收业务，以应对即将到来的电动汽车退役潮，Redwood只是其中之一。Redwood不仅仅是回收材料。该公司还计划通过使用回收材料制造新电池来关闭材料循环。预测据预测，在最佳条件下，到2040年，回收材料可以满足一半以上的锂离子电池材料需求。这种材料的圆形是使电动汽车更环保的关键。
EN:有没有联邦或州的政策要求电池回收?
JD:目前还没有法律要求锂离子电池回收。然而，2018年，加州立法机构通过了2832号议会法案，该法案成立了一个咨询小组，建议政策，尽可能实现接近100%的电动汽车电池回收。我有幸参与了这个小组的工作，该小组最近建议立法机构颁布一项生产者责任延伸政策，要求汽车制造商承担起确保电池回收的责任。
虽然现在有公司回收电动汽车电池，但州和联邦标准将保证有一个实体负责确保电池回收。加州咨询小组讨论了其他几项可以提高材料循环度的政策，包括回收效率、回收含量标准、要求制造商设计可回收和重复使用的电池，以及建立跟踪已退役和回收的电动汽车电池的报告系统。
EN:研究人员目前正在研究锂离子电池的替代品。例如，在一月份，密歇根大学的化学工程师宣布他们设计了一种锂硫电池，一次充电可以使电动汽车的续航里程提高五倍。国家科学基金会最近获得资助宾汉姆顿大学的化学家研究钠离子电池，因为钠比锂便宜得多，而且更容易获得。科罗拉多州的Solid Power公司与宝马和福特合作，刚刚开始了一项试点项目生产固态电池，大大延长了电动汽车的续航里程。你认为最有希望的替代方案是什么?
今天的锂离子电池已经使我们能够在不排放任何尾气污染的情况下驾驶汽车，并帮助国家摆脱对石油的依赖。金宝博的网址与此同时，一些公司正在放弃在磷酸铁锂电池中使用钴和镍，他们使用更便宜、更环保的材料制造这些电池。有研究正在进行中，但还没有上市，这可能会带来更大的收益。
最让我兴奋的是固态电池的能量密度——它们比锂离子电池使用更少的材料储存更多能量的能力。固态中的“固体”一词是指使用固体电解质而不是液体电解质。这种技术的复杂之处在于电子很难通过固体电解质，并且由于锂的堆积(锂枝晶)导致电子快速降解，缩短了电池的寿命。QuantumScape这家固态锂金属电池初创公司声称，他们已经用一种陶瓷电解质材料解决了这个问题，并将在未来几年内开始生产。
如果固态电池实现商业化，电动汽车将比锂离子电池使用更少的关键材料。这将意味着不那么关键的材料开采，电池制造商更有可能使用更多的回收材料。
物质循环在一定程度上已经发生了。正如我之前提到的，公司正在开发钴含量较低的锂离子阴极化学物质。首次用于电动汽车的镍锰钴阴极锂离子电池中含有等量的这三种金属。现在，制造商用8份镍、1份锰和1份钴来生产这种电池。这种新的配置允许电池制造商从一个旧一代电池中回收钴来生产几个新电池。考虑到这种循环度的提升主要依赖于替代金属，固态电池等新技术的高材料减少的潜在影响将更大。