铅酸电池可以回收,为什么锂电池不能?原因主要有四
阅读本文前,请您先点击上面的“关注”,可以免费订阅我们的最新内容,感谢支持骑电动车的人都知道,废旧的铅酸电池是可以回收的,并且价格还不低。一般约是新电池价格价格20-30%,一组60V20Ah铅酸电池回收价格大概在200多元。但是问题来了,电动车锂电池却很少有人回收,即便是回收一组也就5元、10元,价格非常低,这是什么原因呢?
1、铅酸电池为什么可以回收?
铅酸电池主要成分是铅和硫酸,铅属于重金属,如果不回收的话,流到土里就会造成土地铅化,后果就是造成大面积的耕地污染。国家在铅的回收领域早就建立完善的机制。
铅是可以循环利用的重金属,它不是一次性的,可以通过逆向化学反应生成新的铅原料,然后重新制造成铅酸电池使用。并且铅酸是有专业化的期货市场的。因此,铅作为金属本身也很值钱。
铅酸电池基本上统一了行业标准,不同厂家的电池型号严格按照标准执行,这样也有利于厂家的回收利用,不会出现拆解麻烦的情况。
铅酸电池稳定性好,不容易爆炸,商家可以大量囤货,仓储的成本并不高。回收来的电池可以存放。商家乐意回收废旧电池,加上厂家有专门的回收机构,废旧电池也有了市场。
2、锂电池为什么没人回收?
其一,锂电池化学性质比较活泼易燃易爆,很多商家、厂家不敢大量囤货,仓储的成本非常高。其二,锂电池本身没有完善交易市场,愿意回收的厂家非常少。其三,低速电动车锂电池品质参差不齐,很多都来自于汽车动力电池淘汰而来的梯次利用产品。其四,锂电池没有统一的行业标准,光是技术路线就有磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂三种。建立回收渠道的成本比较高。
因此,铅酸电池在技术、仓储、标准、市场多方面都要比较简单,而且回收机制比较成熟,而锂电池则还有很长的路要走。这就是为什么铅酸电池可以回收,而锂电池不能回收的原因!
锂的成本很高,那么为什么我们不回收锂电池呢?
新生的回收行业需要从经济上解构许多业态。
4月22日是地球日,它通常传达的信息(保护我们的地球)由于最近 IPCC 报告中强调的挑战,而变得更加紧迫。我们应该更多地关注我们生活中涉及的技术,从汽车到芯片制造,并找出我们如何能够提高它们的可持续性,最大限度地减少它们对气候的影响。
当前,电动汽车、电动工具、智能手表等充斥在我们的生活中,因此,它们的动力源泉 —— 锂离子电池 —— 几乎无处不在。然而,制造它们的材料是有限的,而采购它们对环境、人道主义和经济都有影响。回收是解决这些问题的关键,但最近的一项研究表明,大多数锂离子电池从未被回收。
组成这些电池的锂和其他几种金属价值高昂。原料锂的价格大约是同等重量铅的7倍,但与锂电池不同的是,几乎所有的铅酸电池都可以回收。为什么呢?那是因为除了纯粹的经济因素外,还有其他因素在起作用。
事实证明,锂电池回收尚未发生是有充分理由的。但一些公司希望改变这种状况,这是一件好事,因为回收锂电池将是可再生能源转型的重要组成部分。
铅酸经验
锂电池和铅电池之间的差距有多大?根据国际能源署(IEA)2021年的一份报告,2021年,一吨电池级碳酸锂的平均价格为17000美元,而北美铅市场的平均价格为2425美元,原材料现在占电池成本的一半以上。
在原始材料供应方面,循环利用的不平衡也是违反直觉的。根据美国地质调查局(United States Geological Survey)最近的一份报告,全球锂储量达8900万吨,其中大部分产自南美。相反,全球铅供应量为20亿吨,是锂供应量的22倍。
尽管锂的供应量较少,但今年早些时候发表在《印度科学研究所杂志》上的一项研究发现,在美国和欧盟,只有不到 1% 的锂离子电池得到回收,而铅酸电池的回收率为 99%,这最常用于燃油汽车和电网。根据这项研究,回收面临的挑战包括不断发展的电池技术、昂贵的危险材料运输以及政府监管不力。
诺斯沃特(Northvolt)电池公司的首席环境官艾玛·内伦海姆表示,所有人都预计铅电池现在将逐步淘汰,但她将铅电池持续的经济成功归功于高回收率。
该研究的主要作者、纽约大学坦顿工程学院机械工程教授尼克希尔·古普塔(Nikhil Gupta)说:“每次你为你的汽车购买新电池时,你都会把整块旧电池送回去,然后它就会进入回收链。”这在锂电池上行不通,部分原因是锂电池的规格太多了。“这些电池到处都有,大小不一,”他说,“还有一个相关的挑战是,锂电池的技术变化很快 —— 每间隔一到两年就会更新。”
但克服这些回收挑战是必须的。与铅酸电池相比,锂电池在更小的体积内可以储存更多的能量。它们有助于确保间歇性的风能和太阳能提供可预测的电力供应,对于脱碳交通运输和实现向可再生能源的广泛过渡至关重要。在全球范围内实现这些转变是一项艰巨的任务。尼克希尔·古普塔教授说:“这将要求我们在电池技术方面取得重大进展。当然,这也会是毫无疑问的。”
因此,自2020年以来,全球锂消费量增加了33%。根据国际能源署的数据,如果可再生能源的目标足以阻止气候变化,那么锂的需求预计将增长43倍。“如果我们没有了锂供应,会发生什么?”古普塔说。“目前还没有好的答案。”
锂并不是限制这些电池使用的唯一材料。电池的正极和负极所含的材料,如钴和镍,也会受到潜在供应短缺的影响。因此,回收可以帮助解决多种供应问题。诺斯沃特电池公司的首席环境官艾玛·内伦海姆表示:“如果你想制造一个新电池,一个旧电池包含了完全相同的组件。”
电池回收热潮
美国地质勘探局的报告指出,北美和欧洲约有20多家公司正在回收锂电池,或计划回收锂电池。而就在几年前,只有一个设施。
上图:电池材料的回收路径有不同的挑战,将材料返回到制造过程的不同步骤。
对于少数几家可以回收锂离子电池材料的工厂来说,传统工艺不足以回收用于重制电池的高级锂。例如,火法冶金方法易于扩展并适用于任何电池形式,但它涉及使用高温焚烧电池的能源密集型过程。虽然灰烬含有有用的材料,但火法冶金会产生有毒烟雾,并限制其他有价值成分的回收。其他方法包括切碎电池,然后使用冗长、复杂的化学过程提取材料,这些化学过程因所使用的电池技术而异。
直接回收是一种替代方法,它基本上解构了电池,并保留了正极和负极材料,以便进行再修整。这种方法还处于早期阶段,但它有可能更便宜、更安全、更有效。由于需要手动分解各种电池格式,这一过程非常困难。锂电池组包含电池模块,而这些电池是有价值的金属的所在地。手动进入这些单元是可行的,但是很繁琐,并且需要自动化来处理大量的数据。
诺斯沃特公司的内伦海姆说:“回收这类材料更具挑战性。”这家瑞典电池制造商通过一项名为“Revolt”的倡议开展了多个项目,包括一个自2020年底以来一直在运营的试点回收工厂。他们还在开发 Revolt Ett(瑞典语中的“one”)—— 一个全面的回收工厂,目标是从 2023 年开始每年回收 125000 吨电池的能力。
像大多数公司一样,诺斯沃特(Northvolt)公司的处理过程不是直接回收。然而,在开始任何粉碎、撕碎或化学过程之前,它会将电池分解到模块级别。去年秋天,诺斯伏特公司只使用回收材料生产了第一个电池。诺斯沃特公司在其试点设施中有一个机器人正在进行微调,该公司希望在未来实现大部分拆卸过程的高度自动化。
内伦海姆说,公司成功回收利用计划的一部分还涉及市场校准,以确保回收利用得到系统整合,并得到明确监管的支持。 “如果你现在在联合国或斯堪的纳维亚或欧洲法规下建造回收厂,它就会受到高度监管,”她说。 “你可以获得当局的大力支持以及如何定义安全操作。”
去制造
2015 年,就在特斯拉公司位于内华达州里诺郊外的超级工厂(Gigafactory)开始开发之前,莱恩·梅尔塞特(Ryan Melsert)在为特斯拉工作。在那里,他和一个小团队致力于设计建筑物、电池、设备以及该设施所需的所有其他元素。现在,作为美国电池技术公司(ABTC)的首席执行官,梅尔塞特和他的团队正在努力做相反的事情。 “它确实让我们对所有这些单独的制造步骤有了基本的理解和学习,这是通过其他方式很难获得的。”
莱恩·梅尔塞特表示,他们从头到尾开发锂离子汽车电池的经验,帮助他和他的团队深入了解需要什么来逆转这个过程,以有效地回收。他说,一个缺陷或报废的电池只是另一种含有贵重金属的资源。
他认为:“如今的很多回收技术都是将整个电池扔进炉子里熔化,或者扔进粉碎机里研磨。我们所做的是,将我们在Gigafactory设计的许多生产步骤倒序,以一种更具战略意义的方式真正去除这些材料,从而降低成本,提高回收率。”他表示,这种自动化的“去制造”使实际的化学提取更容易。
他们的回收过程分为两部分,其中包括这种拆卸,然后是湿法冶金或化学工艺。美国电池技术公司(ABTC)目前正在内华达州北部建设其第一个设施,该公司表示,该设施有潜力在三小时内回收电池级材料。该公司预计该项目将于2022年底完工,并具备每年吸收2万吨可回收材料的能力。如果实现这一目标,这将相当于2021年原锂总产量的五分之一左右。
虽然技术日新月异,但由于锂电池的寿命延长,回收设施也有了调整的余地。大多数锂电池在需要更换之前已经使用多年,这可以帮助像 ABTC 这样的公司为下一次回收做好准备。
建立循环电池经济
事实上,使回收无处不在的一种方法是,让制造商从一开始就考虑可回收性。 近年来,这个想法得到了广泛的关注:制造商和回收商共同努力,在尽可能减少浪费的同时获得利润。在线性经济中,当电池电量耗尽时,它最终会进入垃圾填埋场。 在循环经济中,电池不再被浪费,而是作为原材料重新开始其生命,并直接回到制造链中。 “一旦这些金属被开采一次,你基本上可以无限期地将它们留在那个循环中,”ABTC 的首席执行官莱恩·梅尔塞特说。 这意味着,从理论上讲,所有涉及的公司都可以无限期地获利,而浪费很少或不浪费材料。
但要使循环电池经济发挥作用,回收厂必须与制造厂的产量相匹配(目前,制造方面的增长非常迅速,但商业规模的回收工厂仍然为零。)。
这将确保稳定的供应,降低成本,并可能降低与采矿相比的环境足迹。莱恩·梅尔塞特认为,要实现这一目标,关键是在供应链的各个环节建立合作关系,从炼油厂到汽车制造商再到电池回收商。为了帮助这项工作,ABTC 去年从美国先进电池联盟(由通用汽车、福特、斯坦兰提斯和能源部组成)赢得了一份200万美元的合同。该奖项提供了两年多的资金,以证明用回收材料生产电池对环境和经济更有利。这也意味着ABTC将与阴极生产商、电池回收商以及电池技术开发商合作。
在谈到从铅酸电池中学到的经验时,梅尔塞特说,“在任何可以买到电池的地方,你应该都可以退回旧电池。”事实证明,让正确的选择成为最容易的选择对铅酸电池是有效的,锂离子电池也需要遵循类似的做法。
锂离子电池的创新仍处于青春期,与半个世纪前的铅酸电池相比,主要的发展仅仅发生在过去十年。虽然ABTC有一个雄心勃勃的时间表,但该研究的主要作者尼克希尔·古普塔教授表示,要真正满足所需的规模,解决方案可能还需要10年。不过,他还是很乐观。“作为一名科学家,我想说,我们总会找到解决方案。”
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