梯次利用、回收材料、改进技术,电池回收行业正在进行哪些案例尝试?

来源: 汽车商业评论
从技术上讲,90%以上的电池可以被回收。但回收涉及到回收材料的再利用,这正在成为一种商业活动,企业会选择只回收那些能给他们带来积极经济回报的部分。

从私家车到出租车,从SUV到货车——伴随着各国政府和汽车制造商们迈向交通转型的步伐越来越快,电动汽车正在逐渐成为常态。

首先,这当然是好的发展,能够有效改善空气质量,降低排放。但是这样的话,我们就必须要说一说锂离子电池了。电动汽车所使用的锂离子电池可以持续10年左右,然后容量减少,就需要更换。

而报废的电池如何处理,也是目前行业内的大课题之一。毕竟,直接把废弃电池放入垃圾填埋场会有怎样骇人听闻的环境后果,已经无需多言。

据华威制造集团(WMG)的首席工程师安瓦尔·萨塔尔(Anwar Sattar)讲述:“从技术上讲,90%以上的电池可以被回收。但由于回收涉及到回收材料的再利用,这正在成为一种商业活动,那么企业就会选择只回收那些能给他们带来积极经济回报的部分。”

欧盟发布的电池指令明确表示,至少有50%的电池必须整体回收。幸运的是,这对电池组来说并不困难,因为用于制造电池的线路和塑料可以很容易地被剥离。

难题是,回收的是实际的电池单元和它们所包含的贵金属,特别是这些电池单元可能会带来危险。“电解液易燃、易爆且有剧毒,”萨塔尔说,“它对水非常敏感,与水接触时形成氢氟酸(具有强腐蚀性)。这些危险必须在回收过程中得到处理,然后才可以回收电池的其他部件。”

行业内专家和相关企业都在积极开发解决方案。让我们看一看,目前的回收电池领域,进展如何。

第二次生命:将其作为家庭、工业和能源发电的动力储存器

二手电动汽车电池可以在完整的状态下作为家庭和工业的电力存储,继续发挥功效。例如,在2021年4月,瑞典汽车制造商沃尔沃重申其承诺,到2040年成为一个“循环型企业”,创造闭环,将回收其汽车中的所有材料。

为了达成这一目标,沃尔沃宣布启动项目,挖掘高压电池的第二次生命应用潜力。其中一项内容是与BatteryLoop公司合作,将沃尔沃电动汽车的电池用于太阳能储存系统。该系统为哥德堡部分的电动汽车和电动自行车的充电点提供动力。

在另一个项目中,沃尔沃、清洁技术公司Comsys和能源公司Fortum正在进行一项试点合作,沃尔沃插电式混合动力汽车的电池组被用作固定的储能装置,帮助向电力系统提供一种“快速平衡”服务,提高瑞典一个水电设施的供应灵活性。

沃尔沃说,这些项目研究了电池在第二次使用时的老化情况。与车内使用相比,第二次使用时的激烈循环明显减少。它们有效帮助该公司了解了电池在汽车中使用后的商业价值,并确定潜在的未来收入来源。

沃尔沃的可持续发展负责人安德斯·卡尔伯格(Anders Karrberg)在采访中说道:“我们想知道电池在这些应用中会持续多久,从而得知是否有利润或可持续性方面的益处。”

不过目前看来,鉴于项目仍在初期阶段,沃尔沃并不觉得二次利用是回收电池最优的选择,还需要更多时间。

卡尔伯格解释说:“制造电池会产生大约6-8吨的二氧化碳,而且还需要大量的原生贵金属。因此,从可持续性的角度来看,电池是有价值的。但能持续多久,我们真的不知道。延长其使用寿命可以提高价值,但我们仍需更深入研究。实际上,或许立即进行回收也可能更好。目前没法儿下定论。”

沃尔沃、Fortum和Comsys在瑞典Landafors水电站安装的创新电池解决方案

除了沃尔沃,日产汽车已经将来自聆风的二次电池用于工业和家庭设施的静态储能,并提供了现成的家庭或商业储能装置,称为xStorage。作为特斯拉Powerwall的竞争对手,日产的不同之处在于,你可以选择用新电池或二手电池。

本田也宣布了其二手混合动力和电动汽车电池的计划。本田的欧洲分部将与法国新生代金属公司(SNAM)合作,收集和回收电池,用于二次使用或提取有价值的元素。

宝马在2020年10月宣布,它将与能源公司Off Grid Energy合作,为报废的宝马和MINI电动和混合动力车型的电池创造可持续的二次利用解决方案。

宝马将为该公司提供电池模块,用于制造移动电源。第一个原型现在已经开始运行,由MINI电动汽车开发车上的锂离子模块驱动。它有40千瓦时的容量,提供7.2千瓦的快速充电,在2020年底和2021年初的宝马和MINI的英国活动中使用。

宝马和Off Grid Energy表示,随着时间的推移,更多的模块可以使用,系统的容量将达到180kWh,能够以高达50kW的速率提供多次充电。这两家公司声称,当这些单元被用来取代传统的临时发电方式时,电池模块能够实现的二氧化碳减排,将至少是其最初在汽车中使用时的2倍。

2020年10月,雷诺通过其SmartHubs项目宣布参与电池回收。该公司声称,西萨塞克斯郡的能源系统由1千个二手电动汽车电池组成,将为社会住房、交通、基础设施、私人住宅和当地企业提供更清洁、更低成本的能源。

雷诺说,该系统有助于平衡电力网络,根据需要进行充/放电,其储存的能量足以为1700个家庭提供一天的电力。雷诺在法国杜埃的George Besse工厂也安装了一个类似的、更强大的系统。

雷诺的SmartHubs项目

回收旧电池中的材料

电动汽车的电池对电量有极高要求,这需要锂离子电池中大量的钴。但是建筑中的储能装置不需要像它们这么小和轻巧,所以人们普遍认为将锂和钴的贵金属回收也可以用于其他交通应用。

钴的生产对于电池的可持续性和电动汽车的未来是一个关键问题。大部分钴是在刚果民主共和国开采的,然而在这个过程当中,有媒体披露了严重的生态、道德和人权问题,因此随着电池需求的增加,减少对钴的依赖是最大的挑战之一。

法拉第研究所研究员加文·哈珀(Gavin Harper)博士指出:“如果我们面临着围绕钴的限制,一些人认为我们应该把这种宝贵的资源集中在要求更高的使用上,如电动汽车。将回收的电动汽车电池进行集中处理,把它们变成新的电动汽车电池,而不是以旧的状态用于要求不高的应用,如电力存储。这可能更有经济意义。”

哈珀博士正在参与伯明翰能源研究所锂离子电池回收和再利用项目。

德国汽车制造商梅赛德斯-奔驰也同意这一观点。梅赛德斯在2017年4月推出了一个使用其电动汽车系列电池的家庭储能系统,但该产品仅在一年后就被废除。梅赛德斯声称,家里没有必要有汽车电池:它们不会移动,也不会冷冻,这是没有必要的过度设计。

梅赛德斯昙花一现的家庭储能系统

然而,日产坚持认为,电动汽车电池技术是可以转移到家庭能源当中的。一位发言人表示:“日产汽车致力于能源服务市场,在以商业化方式将新的和二次使用的电动汽车电池用于能源储存方面,日产具有极强的优势。”

另一个重要的问题是回收的过程。位于比利时的优美科公司是一家已经在提供锂离子电池回收的企业。它采用热法和湿法冶金相结合的方式回收有价值的金属,每年在其试点工厂回收约3.5万个电动汽车电池。

据该公司的一位发言人称,预计到2025年市场增长,优美科仍旧可以轻松应对,扩大其回收活动。而金属是可以无限回收的,因此它们可以从旧电池中回收后继续用于生产新电池。

2020年11月,芬兰公司Fortum宣布开发出了“一种新的和有效的方法”来回收可充电电池中的锂。在开发之前,该公司已经声称实现了80%以上的锂离子电池材料的回收率,这要归功于钴、镍和锰的低二氧化碳水冶炼回收工艺。

2022年1月,法国废弃物管理公司威立雅宣布在英国建立自己的第一家电池回收厂,位于西米德兰的明沃斯。目标是到2024年有能力处理全国20%的报废电动汽车电池。威立雅将废旧电池回收过程描述为“城市采矿”,称与提取新鲜原料和制造全新电池相比,它可以减少高达50%的水消耗和温室气体排放。

特斯拉的电池回收计划像沃尔沃一样目标闭环,希望回收的材料能够抵消掉开采新金属的必要性。该公司的前首席技术官JB· 施特劳贝尔(JB Straubel)成立创新公司,正在研究如何改进电池回收过程,以获得更多的活性材料,并重复利用回收材料。

图源:特斯拉

新技术与改良技术

未来的一个更理想的希望是钠离子电池,它的运作方式与锂离子电池基本相同,而且同样可以回收。钠比锂更便宜、更丰富,因此,如果钠离子电池能够达到与锂离子电池相同的性能水平,这毫无疑问会成为电池制造商的优先选择。

固态电池是另一种可能的未来电池技术,因为它们的可燃性更低,甚至可能比目前的锂离子电池更有效率。日产、Stellantis、丰田、奔驰、福特、大众和现代都在研究固态电池。那么固态电池的可回收性如何?

根据伯明翰储能中心的材料化学教授和联合主任彼得·斯莱特(Peter Slater)的说法,固态电池的可回收性会在分离组件方面带来不同的挑战。特别是,它很可能需要化学分离。

沃尔沃的牵引电池开发主管乌尔里克·佩尔松(Ulrik Persson)认为,可行的固态电池应该在2025年和2030年之间的某个时间点出现在市场上,不过可能先出现在更高端、更昂贵的电动汽车上。电池中的电解质溶剂是有害物质,所以如果我们能够摆脱使用这些溶剂,将使制造过程更加容易。

归根结底,不管涉及到哪一种电池技术,它们所包含的金属都是非常有价值的,不能浪费。目前的行业现状和这些研究进展也告诉了我们,对于“如何处理废旧电动汽车电池”这个问题,在未来5-10年一定会有更多不同的答案,更高效、更有说服力的答案。

本文作者:张鸥,来源:汽车商业评论,原文标题:《梯次利用、回收材料、改进技术,电池回收行业正在进行哪些案例尝试?》

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