Nel numero di Nature pubblicato di recente, un articolo intitolato "Tenyearslefttoredesignlithium-ionbatteries" ha evidenziato che l'evoluzione delle prestazioni e del prezzo della batteria agli ioni di litio sta rallentando. Se non aumentiamo la ricerca sui materiali degli elettrodi basati su abbondanti ferro, rame e altri materiali, lo sviluppo su larga scala dei veicoli elettrici sarà limitato.
Le auto elettriche hanno bisogno di batterie potenti, leggere ed economiche: la scelta migliore sono le batterie agli ioni di litio commerciali: sono relativamente compatte e stabili, ma sono ancora troppo ingombranti e costose per essere ampiamente utilizzate.
Venti anni, le prestazioni delle batterie agli ioni di litio ricaricabili è aumentato costantemente. Dimensioni capacità della energia immagazzinata nella batteria è più che triplicato, da 200 watt per litro (Wh-1) è aumentato a 700 watt (Wh-1 ). costare fino 30 volte, è sceso a circa $ 150 per kilowatt-ora, ma questo è ancora superiore a 100 chilowattora per ogni dollaro di obiettivi di accessibilità stabiliti dal Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti per i veicoli elettrici (50-100 kWh) per la batteria è abbastanza forte, ma ancora pesa circa 600 kg, richiede 500 litri di spazio.
Con la tecnologia tradizionale approcci limiti fondamentali, il ritmo del progresso tecnologico sta rallentando la quantità di carica nella struttura cristallina gap del materiale dell'elettrodo possono essere memorizzati in prossimità della crescita del mercato massimo teorico previsto non ridurrà notevolmente prezzi - il mercato è stato grande .
I ricercatori hanno messo in guardia che le alternative devono essere trovate al più presto cobalto, nichel e altri metalli, al fine di soddisfare la crescente domanda di batterie per veicoli elettrici, a causa della loro scarsità stanno spingendo verso l'alto i prezzi: Negli ultimi due anni, cobalto, nichel e altri rari prezzi dei metalli sono quadruplicati, fino a $ 81 per chilogrammo da $ 22 per chilogrammo. in vista dei produttori di tagliare gli angoli, le violazioni delle norme ambientali e di sicurezza, gli scienziati e gli ingegneri sono stati invitati a sviluppare una, metallici poco costoso, come il ferro e il rame, come Potenziali alternative
I ricercatori hanno indicato che la batteria agli ioni di litio spostando gli ioni litio tra i due elettrodi di lavorare da anodo al catodo della corrente di scarica di plasma, potenza auto. Quando la batteria viene caricata, ioni litio riflusso.
Nelle batterie commerciali utilizzati oggi per veicoli elettrici, gli ioni di litio sono memorizzati nel cristallo costituente l'elettrodo minuto gap (che è chiamato cristalli elettrodi intercalazione). L'anodo è tipicamente fatto di grafite, il catodo è costituito da un ossido metallico il materiale per gli elettrodi, in particolare metalli preziosi, come cobalto e nichel, sia scarse e costose.
A nostro avviso, l'alternativa più promettente è quella di utilizzare il materiale di conversione nell'elettrodo. Rame, ferro, fluoro, e ioni di litio reagiscono con il silicio. Convertire il metallo di transizione nel catodo può ospitare catodo 6 volte più degli atomi di litio normali questo materiale si espande più per accogliere più atomi di litio.
Se non ci saranno cambiamenti, la domanda supererà la produzione in 20 anni: ci aspettiamo che il prezzo del cobalto aumenti entro il 2030 e il prezzo del nichel aumenterà nel 2037 o prima.
Le case automobilistiche e il governo prevedono di produrre da 10 a 20 milioni di veicoli elettrici all'anno entro il 2025. Se ogni batteria per auto richiede 10 kg di cobalto, entro il 2025, le auto elettriche necessitano di 100.000-200.000 tonnellate di cobalto all'anno - - Questa è la maggior parte della produzione attuale del mondo.Allo stesso modo, ogni anno sono necessarie 400.000-800.000 tonnellate di nichel, che rappresentano il 20-40% dei metalli usati oggi.Quando camion, autobus, aerei e imbarcazioni sono passati alla batteria, hanno bisogno di più Più elettricità
Entro il 2050, la produzione da 50 a 80 milioni di veicoli elettrici all'anno richiederà da 500.000 a 800.000 tonnellate di cobalto, mentre entro il 2030 supererà di gran lunga l'attuale capacità di estrazione mineraria e, analogamente, entro il 2050, la domanda di nichel sarà Aumentare 2-3 volte: entro la metà degli anni '30 la carenza di nichel sarà evidente.
Riciclaggio non può rifornire litio durata della batteria di 15 - 20 anni, batteria al piombo 5 - 3 volte la durata di 7 anni delle raffinerie può essere di scarsa qualità del minerale estratto, soprattutto nel caso di aumenti di prezzo. ma i costi di elaborazione più elevate spingono verso l'alto il prezzo. Una volta che l'offerta ha raggiunto il picco, si stima che il prezzo delle batterie per veicoli elettrici potrebbe salire più di $ 1.000. Se si utilizza meno catodo di metallo, 'cobalto picco' potrebbe essere ritardata di diversi anni. tuttavia, usare meno cobalto nel materiale catodico è stato sviluppato, precoce decadimento, devono essere sostituite con maggiore frequenza.
