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电池二次使用能够为商业发展和环境保护带来新机遇

2020-10-13 贸泽电子Mark Patrick 阅读:
电动汽车废旧电池真的可以提供低成本能量存储吗?

随着电动汽车市场的腾飞,在接下来的几年中,从报废电动汽车(EV)中淘汰的大量电池可能会成为一个巨大问题。但在拆解和测试工艺得到不断改进的情况下,电池回收和智能能源存储中的电池二次使用相结合可以针对此问题给出全新解决方案。S8Tednc

应对电动汽车废旧电池的挑战

对续航里程的的担忧已很少成为消费者选择电动汽车(EV)的障碍。车辆动力总成设计的改进,充电基础设施的扩展,更多的快速充电场合以及车主/驾驶员对于市场的的更多了解,使得对电动汽车不再过多担心。消费者已经准备好接受这种理念,即当今的电动汽车可以安全地满足常规的里程需求,只有少量的特殊旅行才需要暂短停留而进行充电。S8Tednc

另一方面,移动电话的应用经验表明,锂离子电池会由于老化而性能变差,反复充电和放电也对电池有影响。在电池寿命即将结束时,用户对于两次充电之间的时间间隔无能为力,而必须进行更频繁地充电。在电动汽车中,锂离子电池的性能下降会影响续驶里程和性能。当电池容量减少到只剩约80%时,就认为它不再适合为车辆供电。达到这一点可能需要八到十年的时间,具体取决于使用情况。值得注意的是,快速充电曾被认为是解决电动汽车续航里程和缩短旅行时间的一种解决方案,但它同样可以缩短电池寿命。S8Tednc

目前,全世界正在开始研究如何更充分利用这些电池,而且其中的挑战可能很大。有数据预测表明,到 2030年将需要处理多达1100万吨的废旧电池[1]。市场对于电动汽车的需求将继续增长,一些欧洲国家已经计划在未来20年内禁止销售新的内燃机汽车车型。到2040年,可能会导致世界上有5亿辆插电式混合动力和电动汽车,其中每一辆都装配有锂离子电池,因此废旧电池的数量注定会快速增大。S8Tednc

一个明显的做法是回收废旧电池中的材料以制造新电池。或者,在进行不可避免的循环利用之前,尽可能多地利用其剩余容量,这在经济和环境角度都是非常明智的。尽管这些所谓的电池二次使用虽然不足以用于电动汽车,但对于终端用户不易察觉到容量减小,并因此不太可能引起焦虑的应用,电池二次使用可以有所作为。拟议中的一些应用包括各种用途的能量存储,例如太阳能或风能微型发电机、备用电源、智能电网管理以及可能的为汽车充电站供电。S8Tednc

环境与商业机会

一个有活力的电池二次使用市场除了有助于解决大量废旧电池所带来的环境挑战之外,还可以创造盈利和就业机会。勒克斯研究(Lux Research)在2017年提出,到2035年,电池二次使用的能量供应可能高达65GWh。废旧电池需要收集和拆解,并且回收的电池单元需要进行测试,以确定哪些适合再利用,哪些已经不再适合。然后,将良好的电池与其他状况相似的电池组合在一起,从而构建令人满意的电池二次使用。S8Tednc

然后,一些技术型公司可以将这些电池制成可销售的产品。目前一些公司已经积极投身这个市场,例如英国的Powervault公司,该公司生产智能能源存储系统,可帮助居民用户储存利用家庭产生的太阳能或风能以及来自电网的非高峰期廉价能源。家庭能源存储还可以根据使用时间提供智能费率,从而帮助公用事业部门管理消费者需求并避免出现高峰。总部位于哥德堡(Gothenburg)的瑞典公司Box of Energy与Powervault公司的做法类似。两家公司提供的产品均利用电动汽车电池二次使用与相关系统集成,例如电池管理电子设备和充电控制电路,用于处理与电网或太阳能/风力发电机的接口,以及安全和保护系统。S8Tednc

ADI(Analog Devices)Maxim IntegratedMicrochip Technology德州仪器(TI)等公司都可以提供实施电池管理和电源保护等基本功能的技术和诀窍。德州仪器已经发布了可扩展电池管理系统参考设计,适用于包含锂离子电池的汽车或储能应用。ADI公司也拥有各种参考设计,涵盖电池管理和保护等方面的技术,并可提供锂离子电池测试系统。S8Tednc

关于电动汽车电池的监管条例也正在制定[2],预计将由汽车制造商负责,从而避免将电池从车辆拆解后进入垃圾填埋场。汽车制造商自己正在以多种方式解决这个问题。日产欧洲公司(Nissan Europe)已经与一批专家和组织合作,从电池二次使用的角度研究解决这个问题。该项目已经构建了一个容量为1MWh的原型储能系统,并开发了一种快速的方式,为有待二次使用的电池进行分级,据称这种方法可将分级时间从3个多小时缩短到3分钟。.S8Tednc

特斯拉(Tesla)公司在其2019 Impact Report[3]中指出,电池的设计能够超过汽车的使用寿命,并表明汽车报废时电池可100%能够回收,通常在13万~20万英里之后。根据其车队的数据,特斯拉公司表示,报废电池通常还保留有超过新电池90%的能量。S8Tednc

大众汽车(Volkswagen)也公布了电池二次使用的市场机会以及回收利用计划,该公司的研究报告称[4],在市场中的废旧电池足够多时,大众汽车计划开始电池的二次使用,与供应商和城市设施一起为工厂和其他项目提供储能。研究还表明,一些电池可以通过更换特定部件进行翻新,并且可以在电动汽车中重复使用。那些不能重复使用或再制造的将被拆解和粉碎,以回收原材料。S8Tednc

再次使用, 还是回收?

随着市场对电动汽车电池需求的增加,钴、锰、镍、铜、碳、锂等原材料的价值预计将变得更大。目前市场中,一些材料的市场价格已经开始迅速上涨[5],并可能影响电池处理机构的决策,是将电池用于二次使用还是彻底回收利用。而通过回收利用,可以得到价值越来越高的材料,然后转售。S8Tednc

电池二次利用和电池回收工艺的改进对于市场会产生相当大影响。如今,电池的拆解、测试和根据容量对电池进行分级主要是依靠手动完成。日产集团的自动化工艺以及更快的电池分级技术可以帮助电池二次使用与新电池在储能方面展开有利的竞争。另一方面,回收利用也可以不断改进,例如通过新的化学工艺可以生产用于新电池的高等级材料。S8Tednc

汽车制造商及其 OEM 电池供应商可以通过优化电池设计来简化从车辆上拆卸电池,以及随后的拆解并分离成更小部件等任务,从而让价值链的各方更加轻松。从电动汽车购买者的角度来看,一个健康的电池二次使用市场,或者可盈利的电池回收行业,或两者兼而有之,可以转化为较低的汽车总体拥有成本。S8Tednc

虽然工程实施和市场力量将会在解决经济和技术问题方面发挥关键作用,但还必须考虑其他层面,其中之一是电池二次使用的法律责任。随着应用的发展和市场的扩大,以及新用户的涌入和电池供应的不断增加,预计电池二次使用将会有更多的监管法规。而且,由于含有电池二次使用的产品相对较新,因此需要收集更多的性能和可靠性数据。S8Tednc

结论

值得庆幸的是,如何处理电动汽车废旧电池的问题正在得到解决。电池二次使用和回收利用能够降低电动汽车电池对环境的影响,并可创造新的就业机会。但这两种方法都伴随着巨大挑战,旧电池如果要进行二次使用进行储能,必须能够与新电池竞争,同时也必须与回收利用的方式竞争。无论是新电池第一次使用后,还是旧电池的二次使用,回收都将是它们的最终方式。S8Tednc

参考资料

[1] https://www.fleetcarma.com/electric-vehicle-batteries-reused-recycled/S8Tednc

[2] https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12399-Modernising-the-EU-s-batteries-legislationS8Tednc

[3] https://www.tesla.com/impact-report/2019S8Tednc

[4] https://www.volkswagen.co.uk/electric/research/sustainability/recycling-your-batteryS8Tednc

[5] https://www.ft.com/content/c489382e-6b06-11e7-bfeb-33fe0c5b7eaaS8Tednc

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