Automotive

Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif


Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif

Pengembangan stok EV global diproyeksikan hingga 2050. Kendaraan listrik baterai BEV, kendaraan listrik hybrid plug-in PHEV, skenario LANGKAH, skenario Kebijakan yang Ditetapkan, skenario SD, skenario Pembangunan Berkelanjutan. Kredit: Materi Komunikasi Alam, doi: 10.1038 / s43246-020-00095-x

Saat dunia beralih ke kendaraan listrik untuk mengurangi perubahan iklim, penting untuk mengukur permintaan bahan baterai utama di masa depan. Dalam sebuah laporan baru, Chengjian Xu, Bernhard Steubing dan tim peneliti di Universitas Leiden, Belanda dan Laboratorium Nasional Argonne di AS menunjukkan bagaimana permintaan baterai yang didominasi lithium, nikel, kobalt dan oksida mangan akan meningkat oleh banyak faktor antara 2020 hingga 2050. Akibatnya, rantai pasokan untuk litium, kobalt, dan nikel akan membutuhkan perluasan yang signifikan dan kemungkinan penemuan sumber daya tambahan. Namun demikian, ketidakpastian relatif besar terhadap perkembangan armada kendaraan listrik dan kapasitas baterai per kendaraan. Meskipun daur ulang putaran tertutup memainkan peran kecil namun semakin penting untuk mengurangi permintaan bahan primer hingga tahun 2050, para peneliti harus menerapkan strategi daur ulang lanjutan untuk secara ekonomis memulihkan bahan kelas baterai dari baterai yang masa pakainya berakhir. Karya ini sekarang diterbitkan pada Materi Komunikasi Alam.

Evolusi kendaraan listrik (EV)

Kendaraan listrik (EV) memiliki dampak iklim yang lebih rendah dibandingkan dengan kendaraan dengan mesin pembakaran internal. Keunggulan ini telah menyebabkan peningkatan permintaan yang sangat besar, di mana armada global telah tumbuh dari beberapa ribu dari hanya satu dekade lalu, menjadi 7,5 juta pada tahun 2019. Namun, pasar rata-rata global kendaraan masih terbatas, sementara pertumbuhan di masa depan masih terbatas. diperkirakan mengerdilkan pertumbuhan masa lalu dalam jumlah absolut. Baterai lithium-ion (LIB) saat ini merupakan teknologi dominan untuk kendaraan listrik, dan LIB otomotif tipikal mengandung litium, kobalt dan nikel di katoda, dengan grafit di anoda, di samping aluminium dan tembaga di komponen lainnya. Teknologi baterai saat ini sedang berkembang untuk bahan kimia baru dan lebih baik. Dalam pekerjaan ini, Xu et al. mempelajari permintaan material global untuk baterai kendaraan listrik tugas ringan dari litium, nikel, dan kobalt hingga grafit dan silikon dan menghubungkan permintaan material tersebut dengan kapasitas produksi yang sedang berlangsung dan cadangan yang diketahui untuk membahas faktor-faktor kunci untuk meningkatkan baterai. Pekerjaan ini akan membantu transisi ke kendaraan listrik dengan memberikan wawasan tentang permintaan bahan baterai di masa depan, di samping faktor-faktor utama yang mendorongnya.

Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif

Pangsa pasar baterai dan penjualan baterai EV tahunan hingga tahun 2050 untuk pengembangan armada dalam skenario STEP. (a) Skenario NCX. (b) Skenario LFP. (c) Skenario Li-S / Air. Baterai lithium besi fosfat LFP, baterai mangan nikel kobalt litium NCM, Angka dalam NCM111, NCM523, NCM622, NCM811, dan NCM955 menunjukkan rasio nikel, kobalt, dan mangan. Baterai aluminium nikel kobalt litium NCA, anoda grafit grafit (Si) dengan beberapa fraksi silikon, baterai litium-sulfur Li-S, baterai lithium-air Li-Air, TWh 109 kWh. Kredit: Materi Komunikasi Alam, doi: 10.1038 / s43246-020-00095-x

Pertumbuhan armada kendaraan listrik (EV)

Tim memproyeksikan pertumbuhan armada kendaraan listrik berdasarkan dua skenario Badan Energi Internasional (IEA) hingga 2030. Ini termasuk kebijakan yang dinyatakan (STEP) terkait dengan kebijakan pemerintah yang ada dan skenario pembangunan berkelanjutan (SD) yang sesuai dengan tujuan iklim Perjanjian Paris mencapai penjualan global 30 persen untuk EV pada tahun 2030. Dalam analisis ini, Xu et al. memperpanjang skenario ini hingga 2050. Untuk memenuhi skenario STEP, kapasitas baterai sekitar 6 TWh akan dibutuhkan setiap tahun pada tahun 2050. Persyaratan material akan bergantung pada pilihan bahan kimia baterai yang digunakan dengan tiga kimia baterai yang saat ini sedang dipertimbangkan.

Skenario yang paling mungkin akan mengikuti tren saat ini dari penggunaan luas baterai lithium nikel kobalt aluminium (NCA) dan baterai lithium nickel cobalt manganese (NCM) (selanjutnya dikenal sebagai NCX, di mana X adalah singkatan dari aluminium atau mangan). Hal ini akan mengarah pada evolusi kimia baterai pada tahun 2030. Lithium iron phosphates (LFP) yang dapat membentuk bahan katoda baterai lithium-ion diharapkan akan semakin banyak digunakan untuk kendaraan listrik di masa depan. Meskipun energi spesifiknya yang lebih rendah dapat memengaruhi penghematan bahan bakar dan jangkauan EV, LFP menguntungkan karena biaya produksi yang lebih rendah, stabilitas termal yang lebih baik, dan siklus hidup yang lebih lama. Meskipun penggunaan baterai LFP saat ini umum terjadi pada kendaraan transportasi komersial seperti bus, ada juga prospek untuk digunakan secara luas dalam EV tugas ringan, termasuk Teslas.

Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif

Material baterai mengalir dari tahun 2020 hingga 2050 untuk lithium, nikel, dan kobalt dalam skenario baterai NCX, LFP, dan Li-S / Air. (a) Permintaan material primer. (b) bahan dalam baterai yang sudah habis masa pakainya. Skenario STEP skenario Stated Policy, skenario SD skenario Pembangunan Berkelanjutan, Mt juta ton. Kredit: Materi Komunikasi Alam, doi: 10.1038 / s43246-020-00095-x

Permintaan bahan baterai dan potensi daur ulang

Para ilmuwan kemudian menilai permintaan global untuk baterai EV (kendaraan listrik) dan mencatat meningkatnya permintaan lithium hanya akan sedikit dipengaruhi oleh kimia spesifik baterai, sementara kimiawi baterai nikel dan kobalt memiliki pengaruh yang lebih kuat pada permintaan mereka. . Tim tersebut selanjutnya memproyeksikan peningkatan permintaan baterai lithium-ion, diikuti oleh permintaan nikel dari tahun 2020 hingga 2050. Dengan cara ini, mereka memperkirakan permintaan kumulatif dari tahun 2020 hingga 2050 berkisar antara 7,3 hingga 18,3 juta ton (Mt) untuk Li. , 3,5–16,8 Jt untuk Co, dan 18,1–88,9 Jt untuk Ni.

Xu dkk. selanjutnya menunjukkan materi yang ada di akhir masa pakai baterai sepanjang waktu dan membahas bagaimana memulihkannya akan membantu mengurangi produksi bahan primer. Metode daur ulang komersial yang ada untuk baterai EV mencakup proses pyrometallurgical dan hydrometallurgical. Daur ulang pyrometalurgi mencakup peleburan seluruh baterai atau komponen baterai setelah perawatan awal. Pemrosesan hidrometalurgi didasarkan pada pelindian asam dan pemulihan selanjutnya dari bahan baterai melalui ekstraksi pelarut dan metode presipitasi. Dalam daur ulang loop tertutup, proses pyrometalurgi dapat diikuti dengan proses hidrometalurgi untuk mengubah paduan menjadi garam logam. Daur ulang langsung bertujuan untuk memulihkan bahan katoda dengan tetap mempertahankan struktur kimianya untuk keuntungan ekonomi dan lingkungan, namun metode ini masih dalam tahap awal pengembangan.

Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif

Skema konseptual yang menunjukkan bagaimana tiga skenario daur ulang yang dipertimbangkan menutup loop bahan baterai dan bahan mana yang dipulihkan. Pada kenyataannya tidak semua bahan melalui semua langkah pemrosesan. Misalnya, daur ulang pyrometalurgi (peleburan) masih memerlukan proses hidrometalurgi (leaching) sebelum bahan katoda dapat diproduksi, sedangkan daur ulang langsung dirancang untuk memulihkan bahan katoda secara langsung. Dalam daur ulang piro dan hidrometalurgi, pemulihan Li mungkin tidak ekonomis dan dalam daur ulang grafit pyrometalurgi dibakar dan Al tidak diperoleh dari terak. Kredit: Materi Komunikasi Alam, doi: 10.1038 / s43246-020-00095-x

Outlook untuk kendaraan listrik (EV)

Dengan cara ini, Chengjian Xu, Bernhard Steubing dan rekannya mengembangkan model untuk menunjukkan bagaimana kapasitas produksi baterai untuk litium, nikel dan kobalt harus meningkat secara signifikan karena permintaan untuk kendaraan listrik dapat melebihi tingkat produksi saat ini bahkan sebelum tahun 2025. Bahan baterai dapat dipasok tanpa melebihi kapasitas produksi yang ada, meskipun pasokan harus ditingkatkan untuk memenuhi permintaan dari sektor lain. Risiko pasokan yang diuraikan dapat berubah dengan potensi penemuan cadangan baru. Permintaan kapasitas baterai akan bergantung pada faktor teknis seperti desain kendaraan, bobot dan efisiensi bahan bakar, serta ukuran armada dan pilihan konsumen yang terkait dengan ukuran dan jangkauan EV.

Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif

Potensi daur ulang loop tertutup bahan baterai pada periode 2020–2029, 2030–2039, dan 2040–2050 dalam skenario STEP. Daur ulang hidrometalurgi digunakan untuk baterai NCX dan LFP dan pemulihan mekanis logam Li untuk baterai Li-S dan Li-Air. Titik abu-abu menunjukkan bagaimana penggunaan kedua, yang menunda waktu daur ulang, mengurangi potensi daur ulang loop tertutup dan dengan demikian ketersediaan bahan sekunder dalam dekade mendatang. Kredit: Materi Komunikasi Alam, doi: 10.1038 / s43246-020-00095-x

Metode daur ulang langsung adalah proses daur ulang loop tertutup yang paling ekonomis dan ramah lingkungan karena dapat memungkinkan pemulihan bahan katoda tanpa proses peleburan dan pelindian. Transisi yang berhasil ke kendaraan listrik akan bergantung pada pasokan material yang berkelanjutan yang dapat mengimbangi pertumbuhan sektor ini. Penilaian keberlanjutan ilmiah termasuk evaluasi siklus hidup bahan kimia akan memandu pemilihan bahan kimia dan bahan baku baterai alternatif. Tuntutan global yang diproyeksikan dalam pekerjaan ini juga menyediakan platform untuk memantau dampak lingkungan dan sosial ekonomi global dari kendaraan listrik dan baterainya.


Kelas baru katoda bebas kobalt dapat meningkatkan kepadatan energi baterai lithium-ion generasi berikutnya


Informasi lebih lanjut:
Xu C. dkk. Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif, Materi Komunikasi Alam, doi.org/10.1038/s43246-020-00095-x

Knobloch, F., dkk. Pengurangan emisi bersih dari mobil listrik dan pompa panas di 59 wilayah dunia dari waktu ke waktu, Keberlanjutan Alam doi.org/10.1038/s41893-020-0488-7

Baterai Ponrouch A. & Palacin RA Post-Li: janji dan tantangan. Transaksi Filosofis Royal Society A. doi.org/10.1098/rsta.2018.0297

© 2020 Science X Network

Kutipan: Permintaan material masa depan untuk baterai berbasis litium otomotif (2020, 24 Desember) diambil pada 24 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-future-material-demand-automotive-lithium-based.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.




Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Data HK