Tesla Motors разогрела рынок лития
Чтобы производить 500 000 автомобилей в год, Tesla Motors придется скупать весь литий в мире, заявил в марте генеральный директор компании Илон Маск. Взрывной рост популярности электромобилей может убить спрос на платину и палладий, которые используются в каталитических конвертерах, предупреждают аналитики.
Быстрое развитие Tesla Motors, самого успешного производителя электромобилей, оказывает значительное влияние на рынок лития и других металлов. Литий уже окрестили белой нефтью, поскольку Tesla и другие автокомпании используют его для производства литий-ионных аккумуляторов.
В 2015 г., несмотря на неблагоприятную конъюнктуру на сырьевом рынке в целом, цены на карбонат лития выросли на 28%, а в I квартале этого года – на 47% по сравнению со средней ценой за прошлый год, по данным Benchmark Mineral Intelligence. Заказы на металл продолжают расти. По прогнозу Goldman Sachs, спрос на литий может утроиться к 2025 г. до 570 000 т благодаря устойчивому спросу со стороны производителей смартфонов и электромобилей.
Telsa – не единственный потребитель лития, но ее спрос на металл обещает расти наиболее быстрыми темпами. По планам, которые Tesla озвучила в среду, в 2018 г. компания намерена продать 500 000 автомобилей, а в 2020 г. – уже 1 млн. Прогнозы столь быстрого роста частично объясняются успехом новой марки Model 3, которая будет продаваться за $35 000 (это всего половина от стоимости Model S). По данным компании, сейчас получено уже почти 400 000 заказов на Model 3. Такие производственные планы существенно увеличат закупки лития.
«Чтобы производить 500 000 автомобилей в год, нам придется закупать весь литий в мире», — сказал Маск на презентации Model 3 в конце марта.
Tesla также планирует стать крупнейшим в мире производителем литий-ионных аккумуляторов благодаря строительству собственного завода в Спарксе (штат Невада). По расчетам Goldman Sachs, производство аккумулятора для Model S требует больше лития, чем производство 10 000 смартфонов.
Встает вопрос, как удовлетворить такой спрос: хотя в мире множество месторождений, главные из которых расположены в Чили, Аргентине и Австралии, большинство залежей находятся в труднодоступных зонах и обеспечить технологический процесс и логистику поставок металла будет сложно.
В отличие от многих других металлов, литий не торгуется на бирже и спотового рынка нет, а цены устанавливаются на основе договоренностей между продавцами и покупателями. Сейчас самый большой спрос на литий – в Китае, где правительство планирует перевести общественный транспорт на использование литий-ионных аккумуляторов. Активно двинулся в этом направлении и бизнес. Так, китайская компания NextEV заявила, что планирует представить свой первый электромобиль в следующем году, что также может подстегнуть спрос на металл.
Происходящее на рынках металлов аналитики называют «эффектом Tesla». Спрос на алюминий может вырасти благодаря тому, что многие производители хотят сделать свои автомобили легче, заменив сталь алюминием, как это было сделано в Model S. Спрос на медь также может вырасти: по данным Mantos Copper, для производства электромобиля требуется около 60 кг меди. Все начинает меняться, отмечает Барт Мелек, руководитель отдела стратегии на сырьевых рынках TD Securities: «Мы приближаемся к моменту, когда высокотехнологичные автомобили станут доступными для массового потребителя. Влияние технологий на производственный процесс сильно выросло».
«Эффект Tesla» может сказаться и на рынках платины и палладия, спрос на которые может начать снижаться, предупреждают аналитики. Эти металлы используются главным образом в каталитических нейтрализаторах выхлопных газов и не нужны для электромобилей. Другая новая технология — автомобили на топливных ячейках, где платина используется в качестве катализатора для получения электричества, — могут повысить спрос на этот металл, но у потребителей эти машины пока не вызывают такого же интереса, как электромобили Tesla.
По данным Edmunds.com, электромобили и автомобили с гибридным двигателем занимают всего 2% американского рынка и до их массового распространения еще далеко. Но если это произойдет, по рынкам платины и палладия может быть нанесен сокрушительный удар, считает стратег по металлам Bank of America Merrill Lynch Майкл Видмер.
Есть опасность и для лития: рынок может попасть в ловушку перепроизводства. Такое нередко случается на рынках тех или иных металлов: в условиях дефицита слишком многие начинают заниматься добычей, и в результате возникает избыток.
Спрос на литий будет высоким в течение ближайших трех-пяти лет, а затем будут запущены новые мощности, которые могут привести к перепроизводству, полагают руководители компаний. Генеральный директор австралийской компании South42 Грэм Керр опасается инвестировать в рынок лития, поскольку технологии аккумуляторов слишком быстро развиваются: «Это один из тех нишевых товаров, которые могут быть популярны сегодня. Но если технологии двинутся в другом направлении, для использования лития не так много альтернатив».
Некоторые горнодобывающие корпорации внимательно следили за ростом цен на литий, но пока не приняли решения о необходимости заниматься добычей металла. По данным Pure Energy Minerals, спрос на литий – около 175 000 т в год. «Мы будем смотреть <…> но даже по самым оптимистичным прогнозам, это небольшой рынок», – признается генеральный директор BHP Billiton Эндрю Маккинзи. Вряд ли добычей металла займутся крупные горнодобывающие корпорации, добавил он.
Перевела Екатерина Кравченко
Литий-воздушные аккумуляторы выдержали 700 циклов перезарядки
Фотография поверхности анода литий-воздушной батареи, покрытого защитным слоем
M. Asadi et al./ Nature, 2018
Для повышения эффективности работы аккумуляторов ученые пытаются не только улучшать существующие схемы электрохимических ячеек за счет модификации состава и структуры электродов или электролита, но и ищут другие более выгодные окислительно-восстановительные реакции, которые происходят при зарядке и разрядке аккумулятора. Одним из наиболее перспективных вариантов замены наиболее популярным сейчас литий-ионным батареям считаются литий-воздушные химические источники тока. Эти батареи основаны на реакции лития с кислородом с образованием пероксида лития Li2O2, и по теоретическим оценкам обладают максимальной из известных батарей удельной энергией — около 40 мегаджоулей на килограмм, что примерно в 5 раз больше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов.
Основная проблема литий-воздушных батарей — затрудненная работа в условиях химического состава воздуха. Эффективные литий-кислородные батареи с использованием чистого кислорода уже удавалось получить, однако они не могут применяться на практике и обладают повышенной взрывоопасностью. В случае же присутствия в газовой среде азота, углекислого газа и воды продукты побочных реакций загрязняют поверхность электродов и заметно снижают время работы аккумулятора, и уже после 10—20 циклов зарядки—разрядки батарея перестает работать.
Для решения этой проблемы группа американских электрохимиков под руководством Амина Салехи-Ходжина (Amin Salehi-Khojin) из Иллинойсского университета в Чикаго предложила новую схему литий-воздушной электрохимической ячейки, которая позволяет ограничить интенсивность побочных реакций на электродах и повысить таким образом время эффективной циклической работы аккумулятора. Для этого ученые использовали два подхода. Во-первых, на поверхность литиевого анода батареи было нанесено покрытие на основе углерода и карбоната лития. Сквозь такой слой проходят только ионы лития, таким образом сам анод оказывается защищен от влияния атмосферы. Во-вторых, в качестве катода было предложено использовать наноструктурированный дисульфид молибдена, который служит катализатором реакции восстановления кислорода. Электролитом же в предложенной архитектуре электрохимической ячейки служила смесь диметилсульфоксида с ионной жидкостью на основе тетрафторбората (EMIM-BF
Для проверки циклической работы предложенной схемы аккумулятора исследователи провели эксперимент по многократной перезарядке с использованием модельной газовой смеси, состав которой соответствовал составу воздуха. Кроме электрохимических измерений, для исследования процессов химической пассивации электродов авторы работы с помощью микроскопии и нескольких спектрометрических методов также определяли их структуру и химический состав после каждых 5 циклов.
M. Asadi et al./ Nature, 2018
Оказалось, что составленная таким образом литий-воздушная батарея выдерживает не менее 700 циклов перезарядки без заметного падения емкости, химический состав электродов при этом практически не изменяется. По словам авторов работы, после каждого из циклов зарядки-разрядки аккумулятора задействованным остаются примерно 99,97 процента лития.Эффективность работы предложенной схемы аккумулятора ученые также подтвердили с помощью численных расчетов методом теории функционала плотности, изучив процесс катализа реакции восстановления кислорода на краях наночастиц дисульфида молибдена, а также вероятность взаимодействия воды и углекислого газа с образующимся в ячейке пероксидом лития.
Ученые утверждают, что это фактически первый эффективно работающий прототип литий-воздушного аккумулятора, который способен на такую долгую циклическую работу. Поэтому предложенная архитектура электрохимической ячейки, по мнению авторов работы, — очень важный шаг на пути к созданию литиевых источников тока нового поколения со значительно более высокими, чем у нынешних аккумуляторов, показателями удельной плотности энергии.
Если литий-воздушные батареи — пока только возможное будущее электрохимических источников тока, то наиболее популярные из современных аккумуляторов — литий-ионные батареи. Для повышения их эффективности, безопасности и расширения диапазона условий надежной работы ученые постоянно ищут новые материалы для электродов и электролитов. Например, недавно ученым впервые удалось создать литий-ионный аккумулятор, который работает при −70 градусах Цельсия. Другая группа исследователей нашла способ получать эффективные растягиваемые батареи. А до этого для повышения безопасности в литий-ионные аккумуляторы встроили мембрану с функциями огнетушителя.
Александр Дубов
Мото аккумулятор. Как выбрать и обслуживать
Мото аккумулятор. Как выбрать и обслуживатьВыбор аккумулятора для мотоцикла — дело непростое. У каждой разновидности, от свинцово-кислотных с жидким электролитом, и до литий-ионных, есть свои плюсы и минусы, а ещё с каждым типом связано некоторое количество городских легенд.
Я несколько лет работаю мотоэлектриком, а до этого занимался в основном разработкой и ремонтом небольших электронных устройств, и готов утверждать, что соображаю в этой теме достаточно хорошо, чтобы рассказать о ней вам.
Начнём с самого простого.
Цифры на аккумуляторе
Важных параметров (если не считать напряжения бортовой сети) у аккумулятора два. Первый — это объём или ёмкость. Она измеряется в ампер-часах (Ah, А_ч, Ач), и понять её очень просто: ёмкость означает способность выдавать определённый ток (иначе говоря, определённую мощность или определённое количество тепла, например) в течение определённого времени. К примеру, аккумулятор на 10А_ч имеет ёмкость, которая ему позволяет выдавать 1 ампер в течение 10 часов, или же ток в 10 ампер в течение 1 часа. И так далее. Чем больше ампер-часов в аккумуляторе, тем дольше она способна проработать под определённой нагрузкой — будь то свет, музыка или прокручивание стартером плохо запускающегося двигателя.
Второй важный параметр — это ток холодного запуска (он же — CCA). Он характеризует способность аккумулятора выдавать большие токи. Дело в том, что никакой аккумулятор не способен выдавать бесконечное количество ампер, тем более в холодную погоду. И если ваш большой V-твин с густым маслом на холодке еле крутится и не хочет заводиться — в этом виноват как раз аккумулятор с его маленьким CCA, не способный дать достаточно тока для того, чтобы электростартер провернул двигатель с большой скоростью. На пальцах ток холодного запуска означает ток, который аккумулятор способен выдавать в течение 30 секунд при температуре в -18 градусов Цельсия, не просаживаясь по напряжению ниже 7,2 вольт. Чем более кубатурный двигатель, чем он тяжелее, чем холоднее, гуще масло, выше степень сжатия, меньше тепловые зазоры и так далее, тем больше тока холодного запуска требуется от аккумулятора. Порой даже выжатое сцепление играет важную роль в том, насколько тяжело стартеру крутить двигатель, правда, это мало относится к мотоциклам, потому что мы редко ездим при погоде, когда моторное масло превращается в моторный солидол.
С этим важным параметром есть три проблемы. Во-первых, производители мото аккумуляторов его вообще не всегда указывают. Во-вторых, он может быть сильно завышен, поскольку в домашних условиях проверить его невозможно. А в-третьих, и это самое главное, значение максимального тока холодного запуска неизбежно снижается в процессе эксплуатации аккумулятора из-за его износа.
Цифры на мото аккумулятореСвинцово-кислотные аккумуляторы
Самый старый тип пусковых аккумуляторных батарей сегодня по-прежнему актуален, потому что обладает отличным соотношением цена-качество. Этот тип аккумуляторов разработан ещё в середине 19-го века, и с тех пор работа над повышением качества и удобства эксплуатации этих батарей идёт не прекращаясь.
Предлагаю не превращать статью в урок химии, поэтому буду краток. Обычная свинцово-кислотная 12-вольтовая аккумуляторная батарея состоит из шести ячеек в пластиковом корпусе.
Собственно, слово «батарея» здесь и означало «вереница, череда, ряд однотипных элементов» — это уже потом мы стали называть батарейками любые источники тока, в том числе состоящие из одной ячейки.
Так вот, ячейки свинцово-кислотных аккумуляторов состоят из свинцовых пластин с разными добавками и покрытиями для прочности и увеличения токоотдачи. Иногда плюсовые и минусовые пластины имеют идентичный состав и конструкцию, но чаще они устроены немного по-разному, но на суть это не влияет. Пластины погружены в раствор серной кислоты в воде, называемый электролитом. В заряженном аккумуляторе на пластине присутствует некоторое количество диоксида свинца. В процессе токоотдачи диоксид свинца в присутствии кислоты превращается в сульфат свинца и воду, а металлический свинец с сульфат-ионом на втором полюсе превращается в сульфат свинца. При заряде происходит обратная реакция, расходующая сульфат свинца, восстанавливая его до металлического свинца на одном полюсе и превращая в оксид свинца на другом, при этом расходуя воду.
Нам здесь важно запомнить вот что: серная кислота превращает некоторое количество металлического свинца в сульфат сразу после заправки аккумулятора, поэтому после заливки электролита аккумулятор способен отдавать некоторый ток, но полностью заряженным его считать нельзя. У полностью заряженного аккумулятора сульфата свинца в электролите почти нет, а на одной из пластин присутствует слой диоксида свинца, вторая при этом остаётся чисто металлической.
Ещё один важный нюанс: если аккумулятор, в котором весь сульфат свинца превратился в металлический свинец и в диоксид свинца, не отключить от источника тока, то вода в его электролите начнёт разлагаться на кислород и водород. Здесь есть одна интересная особенность: интенсивность разложения воды зависит от приложенного к ячейке напряжения, потому что если оно не превышает определённый уровень, то кислород и водород не улетают из электролита, а соединяются обратно в воду, выделяя немного тепла. Именно таким в идеале должно быть максимальное напряжение в бортовой сети автомобиля и мотоцикла — при котором аккумулятор способен полностью зарядиться, т.е. исчерпать запас сульфата свинца в электролите, но при котором вода ещё не начинает улетучиваться в виде гремучего газа.
И вот тут начинается самое забавное: напряжение, идеальное для разных типов свинцово-кислотных аккумуляторов, различается. Причём влияет на это не только и не столько сам тип конструкции аккумулятора, сколько добавки к пластинам. Но об этом позже.
Свинцово-кислотные аккумуляторыТипы свинцово-кислотных аккумуляторов
В зависимости от того, в каком виде эта кислота находится между пластинами, аккумуляторы делятся на несколько типов.
Стандартные аккумуляторы с жидким электролитом — самый старый тип. В них раствор серной кислоты в воде в самом буквальном смысле плещется внутри, а при заряде такого аккумулятора раствор перемешивается довольно плохо, и хотя сульфат свинца в нём ещё остался, но некоторое количество воды в обязательном порядке разлагается на кислород и водород независимо от приложенного напряжения. Именно поэтому такие аккумуляторы нуждаются в добавлении дистиллированной воды. Плюсом таких аккумуляторов является простота конструкции, а следовательно — дешевизна. Минус состоит в том, что жидкий электролит может вылиться из аккумулятора, если его наклонить под определённым углом, а загерметизировать его нельзя из-за выделения газов.
Аккумуляторы типа AGM с абсорбирующими стеклянными матами, наиболее популярны на современных мотоциклах. Здесь жидкий электролит впитан в слой стекловаты, проложенный между пластинами, благодаря чему не выливается из них ни при каких условиях. Однако, объём электролита здесь меньше, а следовательно, меньше и воды в нём, поэтому такие аккумуляторы особенно легко умирают при перезаряде. Зато концентрация кислоты здесь выше, поэтому они выдают больше тока, а вверху ячеек находится камера рекомбинации, в которой кислород и водород, выделяющиеся при заряде ячейки, соединяются обратно в воду, и её капли попадают обратно в ячейку и впитываются в стекловату. Это в идеальном мире. А по факту при сильном перезаряде такой аккумулятор может превратиться в бомбу, поэтому в ячейке устанавливается клапан, выпускающий гремучий газ при превышении некоторого давления. Такие аккумуляторы называют ещё аббревиатурой VRLA (что переводится как свинцово-кислотные с регулирующими клапанами). Их плюсы — возможность работы в лежачем положении, отсутствие жидкого электролита, способного вытечь, неплохая ёмкость и токоотдача. Ещё одним плюсом является малая склонность к образованию сульфатации (о которой речь ещё пойдёт ниже). Из минусов — малый объём воды, в результате чего такие аккумуляторы быстро портятся при перезаряде.
Существуют также гелевые батареи, под которые недобросовестные производители частенько маскируют аккумуляторы, сделанные по технологии AGM. В настоящих гелевых аккумуляторах электролит загущен при помощи гелеобразователя, что мешает ему вытекать, но одновременно замедляет ход ионов, поэтому такие аккумуляторы имеют не слишком большую токоотдачу, а заряжать их нужно также малым током. Их применение в качестве стартерных батарей крайне ограничено этими факторами, и по крайней мере сейчас настоящих гелевых моделей в продаже я не встречал. Всё, что помечено словами GEL или iGel — это обычные AGM-аккумуляторы. Главное, что удивляет, так это с чего уважаемая общественность вообще решила, что гелевые аккумуляторы в мотоцикле — это что-то хорошее. Лучший тип свинцово-кислотных стартерных аккумуляторов — это, без сомнения, AGM.
Как работает аккумулятор мотоцикла
Аккумулятор, установленный в электросхему мотоцикла, является одним из источников электродвижущей силы и протекающих в электросхеме токов. В самом аккумуляторе ток протекает ввиду переноса электрического заряда ионами, отдающими или забирающими электроны, и главное, что нам здесь важно понять, так это то, что химические реакции в аккумуляторе невозможно остановить, в отличие например от вращения двигателя.
Пока аккумулятор стоит отключенный, электроны в нём перемещаются от одного полюса к другому, и на это тратится совсем небольшая энергия, но при подключении внешнего потребителя всё ускоряется: у электронов появляется возможность пройти другим путём, перенеся своим движением энергию химических реакций. Большая нагрузка, такая, как запуск двигателя электростартером, приводит к тому, что из аккумулятора уходит большой поток носителей заряда — электронов — и такой же большой поток возвращается на вторую клемму из электросети, и под влиянием такой мощной динамики обмена носителями заряда химические процессы в аккумуляторе существенно ускоряются. Сульфат-ионы серной кислоты комбинируются с атомами свинца пластин, испускают «лишние» электроны, придавая им дополнительную энергию, а они переносят её туда, где она расходуется — в электостартер, на питание коммутатора или ЭБУ и так далее, пока в аккумуляторе не исчерпается запас химической энергии на протекание этих реакций. Это случается в тот момент, когда вся серная кислота (h3SO4) не превратится в сульфат свинца, покрывающий поверхности пластин, а электролит в этом состоянии представляет собой воду. Грубо говоря, сульфат свинца является отходом от протекания в аккумуляторе реакции, дающей электроэнергию, но в отличие от большинства отходов, этот их вид можно использовать повторно.
В процессе зарядки аккумулятора процесс образования сульфата свинца обращается вспять: в аккумуляторе образуется оксид свинца, серная кислота и металлический свинец, и в эту систему таким образом возвращается химическая энергия, которую система снова становится способна отдать.
Электросеть мотоцикла работает по следующему принципу: для запуска двигателя электростартер и другие потребители берут у аккумулятора довольно большую порцию энергии, а когда двигатель запущен и работает, генератор, находящийся обычно на валу двигателя, начинает вырабатывать электроэнергию. Эта энергия поступает в реле-регулятор, которое представляет собой выпрямитель и стабилизатор: оно выпрямляет переменный ток с генератора в постоянный и выдаёт стабильное (по возможности) напряжение в бортовую сеть. На холостых оборотах её обычно хватает только на работу основных систем мотоцикла (света, ЭБУ, приборной панели, зажигания и так далее), но стоит двигателю начать работать на более высоких оборотах, как аккумулятор, подключенный к бортовой сети, начинает заряжаться.
Вот здесь кроется очередная загвоздка: идеально изготовленный свинцово-кислотный аккумулятор, который после запуска двигателя полностью заряжается (т.е. в нём исчерпывается запас сульфата свинца на пластинах, превращаясь в металлический свинец и оксид свинца), но не перезаряжается (т.е. в нём вода не разлагается или полностью возвращается в ячейки), способен работать практически вечно. А вот если после запуска двигателя не позволять сульфату свинца на пластинах полностью раствориться и превратиться в оксид и металлический свинец, то он образует кристаллы сульфата свинца, которые превращаются в диэлектрическую плёнку на поверхности пластины, через которую не проходят ионы, из-за чего снижается рабочая площадь пластин, а следовательно — токоотдача и ёмкость. Этот процесс называется сульфатацией (а аккумулятор, подвергшийся ему, становится засульфатирован), и удалить эту плёнку с пластины позволяет только ток специальной формы, выдаваемый умными зарядными устройствами в режиме десульфатации. В этом режиме аккумулятор, пластины которого засульфатированы не слишком сильно, может быть восстановлен практически до полной своей кондиции.
Ещё три неприятных эффекта, связанных с сульфатом свинца, состоят в том, что пластины обычных свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом делаются пористыми, чтоб увеличить их эффективную площадь обмена ионами. Когда в этих порах начинают расти кристаллы сульфата свинца, со временем они вырастают до таких размеров, что разрушают металлический свинец вокруг себя, делая пластину рыхлой и увеличивая её объём. Такие кристаллы ещё сложнее растворить, потому что площадь металла пластины около них уменьшается, а её способность проводить ток ухудшается.
Второй эффект состоит в том, что осыпавшиеся пластины могут образовать перемычку на дне ячейки, и тогда она (ячейка) вообще перестаёт давать ток. А третий эффект сульфатации заключается в том, что недозаряженный аккумулятор очень нежелательно оставлять на морозе, так как сульфат свинца намного охотнее образует плотный нерастворимый слой при холоде, а вода (в которую превращается электролит разряженного аккумулятора) на морозе замерзает, раздувая аккумулятор и повреждая его пластины.
От чего аккумуляторы умирают
Как я уже упомянул, от слишком большого количества сульфата свинца, то есть от эксплуатации в недозаряженном состоянии. Или от долгого хранения в недозаряженном состоянии на холоде — чуете, к чему я клоню? Всё верно. На зиму аккумулятор заряжать обязательно, а если вы хотите сохранить его подольше, имеет смысл подключить к нему так называемый дежурный, или поддерживающий зарядник. Это устройство подключается к аккумулятору и мониторит его состояние, поддерживая в нём постоянный уровень заряда, но не вызывая разложение воды. Звучит рискованно? Не хочется в гараже, в котором не бываешь по полгода, оставлять включенным зарядник? Тогда увы.
Срок службы аккумулятора
В зависимости от качества изготовления и режима эксплуатации, аккумулятор мотоцикла может прослужить от пары недель до нескольких лет. В среднем они нормально служат около четырёх лет, медленно и планомерно теряя ёмкость. Использование умного дежурного зарядника (некоторые даже выводят для него отдельный разъём) позволяет легко удвоить этот срок.
Что убивает аккумуляторы
Недозаряд, ведущий к сульфатации, которая ведёт к уменьшению ёмкости и снижению токоотдачи. Но хуже всего — это позволить аккумулятору разрядиться, а потом подкурить мотоцикл от автомобиля — он жадно и с удовольствием возьмёт ток от мощной бортовой сети авто, но вот справиться с ним не сможет. Это особенно справедливо в отношении литиевых аккумуляторов (о которых ниже). Мороз для разряженного аккумулятора тоже фатален. Перезаряд (от некачественного, неисправного зарядника или реле-регулятора бортовой сети) в первую очередь высушивает аккумулятор, а слишком высокое напряжение способно даже разлагать кислоту (в этом случае аккумулятор пахнет тухлыми яйцами). Но этот запах невозможно игнорировать, а подливать воду лично я рекомендую даже в якобы необслуживаемые аккумуляторы AGM — поэтому главным врагом АКБ я всё же считаю недозаряд.
Как проверить аккумулятор
Как проверить аккумуляторОчень просто. Но нужно понимать, что проверить его в холостом режиме недостаточно. Нас интересуют его рабочие параметры.
Установите мультиметр на 20V DC (т.е. измерение напряжения постоянного тока в пределах от 0 до 20 вольт), проверьте, что щупы стоят в гнёздах измерения напряжения (для измерения тока часто бывают другие гнёзда, и вы не хотите увидеть, как ваш мультиметр сгорит при замыкании его щупами аккумулятора мотоцикла), и подключите чёрный щуп к минусу, а красный к плюсу аккумулятора.
Живой аккумулятор покажет от 12,5 до 12,9 вольт, тут зависит от технологий и присадок. К примеру, для AGM чаще всего используются пластины, легированные кальцием — такие аккумуляторы меньше выкипают и выдерживают несколько более высокое напряжение зарядки, а следовательно, и напряжение без нагрузки у них чуть выше). Но сильно на этот счёт не заморачивайтесь, потому что реле-регулятор вашего мотоцикла всё равно не имеет ни малейшего понятия о том, какой аккумулятор стоит в бортовой сети.
Напряжение ниже 12,5 вольт говорит о том, что аккумулятор либо недозаряжен, либо уже умирает. Выше 12,9 — о том, что двигатель недавно запускали и аккумулятор успел позаряжаться и нагреться. Нужно подождать полчаса и снова измерить напряжение.
Дальше запускаем мотоцикл. Во время запуска напряжение не должно проседать слишком сильно. Вот тут я правдивых цифр не назову, потому что они зависят от скорости работы мультиметра и ещё от целой кучи факторов, но ориентир такой: если при запуске двигателя напряжение в бортовой сети не проседает ниже 9 вольт, то всё скорей всего в порядке.
Теперь раскрутим двигатель до 3-4 тысяч оборотов. Здесь напряжение в бортовой сети (то есть и на клеммах аккумулятора) должно быть в диапазоне от 13,5 до 14,5 вольт. Больше 15 — совершенно точно нехорошо, а вот в диапазоне с 14,5 до 15 — допустимо, но обычно говорит о том, что аккумулятор плохо берёт ток, поэтому не способен просадить бортовую сеть. Если есть доступ к сервис-мануалу на ваш мотоцикл, там может быть указана процедура проверки аккумулятора. Там могут быть указаны два значения скорости вращения двигателя и соответствующие им номинальные значения напряжения в бортовой сети — например, на холостых и на 5000 оборотах в минуту.
У некоторых современных мотоциклов стоят умные реле-регуляторы, которые сначала позволяют аккумулятору восстановить заряд максимально быстро, а потом снижают напряжение в сети до 14 вольт, чтобы снизить распад воды.
Как определить, что аккумулятор недозаряжается в бортовой сети? Честно говоря, лучшим способом является покататься пару часов за городом, дать часок остыть, а затем подключить к нему зарядник и засечь, много ли заряда он примет. В норме не должен, а если берёт много и жадно — значит, недозаряжается.
Можно ли заряжать мотоаккумулятор автомобильным зарядником?
Сложный вопрос. Производители умных зарядников для мотоциклетных аккумуляторов хотят, чтобы вы верили им и боялись пользоваться продукцией других брендов. Но они забывают о том, что большинство мотоциклистов люди думающие.
С одной стороны, автомобильные аккумуляторы намного больше мотоциклетных и способны как давать, так и брать намного бОльшие токи. Поэтому и зарядники под них делаются мощнее. Если схема отслеживания заряда такого зарядника реализована топорно, он вполне способен проморгать тот факт, что мотоаккумулятор уже зарядился, и вскипятить его.
С другой стороны, установленный в бортовую сеть мотоцикла аккумулятор заряжается по спартанскому принципу: на него подают напряжение выше, чем его выходное, и он берёт из бортсети столько тока, сколько способен взять. Примерно тот же процесс происходит и при зарядке мотоаккумулятора от автомобильного зарядника. Если аккумулятор не совсем пустой, то есть эксплуатируется в штатном режиме, то ничего особенно нового с ним автомобильный зарядник не сделает.
Главное — скидывать плюсовую клемму с аккумулятора, если заряжаете его мощным зарядником прямо в мотоцикле. Это потому, что в некоторых из них реализованы алгоритмы десульфатации, которые пытаются «пробить» сульфатную плёнку импульсами повышенного напряжения. Бортовая сеть (в частности, ЭБУ) зачастую не полностью обесточивается при вытащенном ключе, и может не оценить импульсы амплитудой 18-20 вольт.
Алгоритмы зарядки
Самый простой зарядник работает так: он подаёт в аккумулятор ток, пока напряжение на нём не достигнет потолка, затем отключается, пока клемма не будет отключена от аккумулятора. Однако, это очень «щадящий» режим, по сути не позволяющий зарядить аккумулятор до конца. Дело в том, что предельное напряжение на аккумуляторе достигается задолго до того, как в нём кончится сульфат свинца. Поэтому если зарядник перестаёт заливать в аккумулятор ток (то есть, отключает подачу на него напряжения), то он ни при каких условиях не сможет дозарядить этот аккумулятор. Один из способов обойти эту проблему — это повторно подключить к нему аккумулятор спустя полчаса-час после того, как он покажет полный заряд.
Более продвинутые зарядные устройства используют разные умные и запатентованные алгоритмы, позволяющие израсходовать весь запас сульфата свинца, не вскипятив электролит — например, полчаса заряжаем, полчаса ждём, потом проверяем, снизилось ли напряжение, и если да — то доливаем ещё тока, и так далее. Примерно так же работают и дежурные зарядники — они постоянно отслеживают напряжение на подключенном АКБ и при его падении ниже определённого уровня подзаряжают. Обратите внимание: просто подключить аккумулятор к источнику постоянного напряжения — не лучшее решение, потому что ионы в электролите мигрируют к пластинам не слишком быстро, и возможна ситуация, когда электролит уже разлагается у пластин, но всё ещё содержит сульфат свинца где-то между ними.
Кстати, большинство дежурных зарядников напрямую предназначены для использования с подключенным аккумулятором. Многие оснащаются специальным разъёмом, который можно вывести куда-нибудь в удобное место и подключать к нему зарядник без необходимости цеплять дополнительные клеммы или зажимы на выводы АКБ. А некоторые дежурные зарядники вообще рекомендуют подключить к аккумулятору и так оставить, при необходимости просто втыкая вилку зарядника в сеть 220В. Есть варианты подключения через гнездо прикуривателя, правда, тут зависит от его реализации: если оно подключено через реле, то при отключении зажигания прикуриватель отсоединяется от АКБ.
Прогнозируемый износ аккумулятора
Те, кто пользуется источниками бесперебойного питания, знает, что аккумуляторы в них живут 2-3 года, спустя которые начисто высыхают. Сторонники теории заговора скажут о прогнозируемом износе, а сторонники бритвы Оккама — о не самом умном проектировщике. Истина же в том, что оба эти варианта работают только тогда, когда главным неумным звеном является пользователь: в ИБП аккумуляторы постоянно находятся под напряжением, поэтому даже совсем небольшое испарение воды за пару лет приводит к полному отказу батареи. Подливая воду в АКБ, вы однозначно продлите ему жизнь. Это касается и мотоциклетных аккумуляторов.
Плюсы литий-ионных батарей
В том, что они лишены одного из главных минусов свинцово-кислотных. Ёмкость свинцово-кислотных аккумуляторов кажется довольно большой, например 10 ампер*часов подразумевают, что этот аккумулятор может держать нагрузку в 10 ампер в течение часа, или 20 ампер непрерывно в течение получаса, или 40 ампер — 15 минут подряд. Так, да не так. 40 ампер — это ток, вполне достаточный, чтобы провернуть среднекубатурный мотоциклетный двигатель, и 15 минут такой работы — вроде бы немало. Но на самом деле свинцово-кислотные аккумуляторы способны отдавать действительно большой ток не на любой степени заряженности.
То есть полупустой свинцово-кислотный АКБ 40 ампер уже выдать не сможет, а вот те же 10 — вполне. Поэтому формально его ёмкость большая, но вот её полезная (для работы электростартера) меньше вдвое, а то и вчетверо.
Литий-ионные аккумуляторы способны выдавать мощные токи вплоть до самого глубокого разряда. Поэтому литиевый АКБ ёмкостью 4 ампер_часа способен запустить двигатель больше раз, чем 10-ампер_часовый свинцовый АКБ. Плюс, литиевые аккумуляторы легче и компактнее даже при сравнимой ёмкости. Но есть у них и минусы, в частности — цена.
Безопасен ли литий?
Конечно, ведь эти аккумуляторы сертифицированы и испытаны в адекватных условиях. Главное, чтобы их эксплуатация происходила в штатных режимах.
К примеру, перезаряд литий-ионной батареи способен вызвать её возгорание, поэтому если вы подумываете заменить штатную свинцово-кислотную АКБ на литиевую, уточните, совместима ли с литием электросеть вашего мотоцикла. Например, если напряжение в ней может превышать 14,6 вольт — лучше не надо, поскольку это верхний безопасный предел для литий-ионного мотоаккумулятора. Ещё раз: худшее, что может произойти с литий-ионной батареей — это перезаряд.
Такие аккумуляторы имеют намного меньший саморазряд, чем свинцово-кислотные, но в большинстве современных мотоциклов обязательно есть некоторая утечка на питание ЭБУ, иммобилайзера и подобных вещей, даже когда ключ вынут из замка зажигания. Это ещё не говоря о сигнализации, которая способна израсходовать заряд даже полновесной свинцовой батареи за пару дней, если на улице шумно или ветрено, или сигнал обратной связи неустойчив, и так далее. Тут мы приходим ещё к одному моменту: литиевые мотоаккумуляторы не терпят глубокого разряда и тоже становятся опасны. Третий нюанс состоит в том, что для такого АКБ крайне желательно приобрести специальное зарядное устройство.
Типы литий-ионных батарей
Существует некоторая путаница с термином «литий-ионные» — он скорее характеризует технологию, а не конкретную химическую основу батареи. Хуже того, разные литий-ионные батареи имеют разное напряжение ячеек, но зато эта информация позволяет разобраться с тем, какой тип аккумулятора используется в том или ином устройстве (включая мотоцикл).
Все литий-ионные ячейки делятся на две группы. Номинальное напряжение в первой равно 3,2-3,3 вольта, а во второй — 3,6-3,7 вольт.
Мотоциклетные аккумуляторы, построенные на технологии литий-феррофосфат (LiFePO4), они же — железо-фосфатные или нанофосфатные, состоят из четырёх ячеек с номиналом в 3,2 вольта, в сумме дающих 12,8 вольт и заряжающихся до 14,4 вольт (предельно — 14,6 вольт).
Некоторые производители из маркетинговых соображений заявляют, что их аккумуляторы имеют номинальное напряжение ячейки, равное 3,3 вольта (а вместе они тогда дают 13,2 вольт), но маркировка LFP или LiFe скажет понимающему человеку, что это всё та же 12,8-вольтовая LiFePO4.
Существуют другие химические основы литий-ионных батарей, например литий-оксид кобальта, литий-марганец или даже их сочетание, известное как литий-полимер (в таких аккумуляторах ячейки мягкие и им в заводских условиях можно придать разные формы), но все они имеют номинальное напряжение ячейки, равное 3,6-3,7 вольт. Сейчас 3,6-вольтовые ячейки уже почти не встречаются, зато попадаются высоковольтные литий-полимерные ячейки на 3,85 вольта номиналом. Ячейки напряжением в 3,7 вольта заряжать следует напряжением не выше 4,2 вольт, а на 3,85В — не выше 4,35В.
В мотоциклах такие, тем не менее, не используются. В основном потому, что три таких ячейки дают 11,1 вольт (такую батарею можно заряжать до 12,6 вольт, выше — опасно), а четыре — 14,8 вольт, что выходит за диапазон допустимых напряжений для стандартной 12-вольтовой мотоциклетной электрики. Однако, трёх- и четырёхячеечные аккумуляторы используются в джамп-стартерах, причём у трёхячеечных в плюсовой провод встроена защитная плата, предотвращающая протекание тока из бортовой сети в джамп-стартер во избежание перезаряда и перегрева.
Ни одна литий-ионная технология не способна выдерживать перезаряд и может воспламениться в результате перегрева.
Как работает мотобатарея LiFePO4
В каждой ячейке находится анод из углерода, катод из литий-феррофосфата, а между ними находится электролит из перхлорида лития. В разряженном состоянии весь литий находится в катоде и электролите, а в заряженном аккумуляторе ионы лития перемещаются на угольный анод. Он пористый, так что ионы лития заполняют эти поры, и аккумулятор оказывается заряженным тогда, когда все они заполнены.
При разряде батареи ионы лития выходят с анода и направляются к катоду, попутно создавая электродвижущую силу между ними и переправляя энергию потоком электронов через подключенную нагрузку. Выглядит просто? Но есть нюансы.
При разряде не следует полностью опустошать карбоновый анод, а при заряде — направлять на него больше ионов лития, чем в него входит, да и растворять литиевый катод тоже нежелательно. При переразряде, когда в карбоновом аноде возникает дефицит ионов лития, он начинает разрушаться, поскольку стенки его пор становятся хрупкими. При перезаряде происходят сразу две неприятности: на катоде закрываются поры, способные испускать ионы лития, а на аноде избыточные ионы сталкиваются с углеродом и нагревают его, от чего он может воспламениться.
В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литий-ионный лучше держать недозаряженным (поскольку полностью заряженный АКБ уязвим к перезаряду), но не следует допускать и переразряда ниже 30% — 13 вольт, иначе говоря.
Ограничения литий-ионных батарей
При массе достоинств, литий-ионные аккумуляторы для мотоцикла не являются безусловным благом. Обычно для замены свинца на литий нужна веская причина: у них отличный пусковой ток, но они очень не любят работать на холоде, они лёгкие и хороши для спортивной езды, но имеют либо небольшой объём, либо весомый ценник. И ещё они совсем не подходят для мотоциклов, в которых небольшие потребители работают при выключенном зажигании — например, трекеры или сигнализация. Для туризма, когда вес и объём не налагают критических ограничений, лучше выбрать качественную AGM-батарею.
Как заряжать литиевый АКБ
Только специальным зарядником для литиевых аккумуляторов. Если от бортовой сети (напряжение в которой не превышает 14,6 вольт) аккумулятор способен подзаряжаться безопасно, то в зарядниках для свинцовых АКБ вполне могут быть пики напряжения, способные взорвать литиевую батарею. Причём за уровнем её заряда нужно тщательно следить, чтобы не дать ему опуститься ниже критического значения. Если же это всё-таки произошло и напряжение упало ниже 12 вольт, то первоначальное восстановление анода должно происходить очень малым током, пока АКБ не начнёт нормально брать заряд, достигнув напряжения в 12,8 вольт. Обычные зарядники для свинца ничего похожего обеспечить не могут.
Некоторые (но не все) литиевые аккумуляторы имеют встроенную плату защиты. Такие платы называются BMS (система управления батареей) и обеспечивают защиту от перезаряда и переразряда, отключая вывод батареи, когда зафиксированы неподходящие условия, а также BMS обеспечивают балансировку ячеек (выравнивание напряжения на них для более равномерного заряда и токоотдачи). Если BMS отключила вывод батареи, то сбросить её можно при помощи специального зарядника для лития — она определяет, что к ней подключен источник правильного напряжения и подключает батарею обратно.
Итак, потратившись на новый высокотехнологичный аккумулятор, не забудьте и о зарядном устройстве для него. Одной бортовой сетью мотоцикла обходиться будет невыгодно и даже опасно.
Кобальт в Li-ion аккумуляторе
- Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
- Опубликовано 21.04.2016 00:45
- Автор: Abramova Olesya
Кобальт был открыт шведским химиком Георгом Брандтом в 1739 году. Это твердый, блестящий, серебристо-серый металл, который является побочным продуктом при добыче никеля и меди. Кроме использования в качестве материала катода во многих литий-ионных аккумуляторах, кобальт также нашел применение в создании мощных магнитов, высокоскоростных режущих инструментов и высокопрочных сплавов для реактивных двигателей и газовых турбин. Также кобальтовые соединения на протяжении многих веков использовались в производстве фарфора, стекла, керамики, плитки и эмали. Стоит отметить и важность кобальта для организма человека — он входит в состав витамина В12. На рисунке 1 показаны сферы современного использования кобальта.
Рисунок 1: Использование кобальта в промышленности. Кобальт в основном добывается в качестве побочного продукта при производстве никеля и меди. Его высокая стоимость заставляет производителей электрических батарей искать ему альтернативу, но на сегодняшний день все еще существует зависимость этой отрасли от кобальта.
Будучи побочным продуктом добычи никеля и меди, стоимость кобальта сильно зависит от спроса на эти металлы. Может сложиться ситуация, когда увеличенный спрос на никель и медь приводит к чрезмерному производству кобальта, предложение которого будет превышать спрос. Такая ситуация как раз случилась в 2015 году. Пик стоимости кобальта пришелся на 2010 год и ожидается, что в дальнейшем его цена будет зависеть от тенденций производства больших литий-ионных аккумуляторных систем. Даже по самым скромным подсчетам, тонна высокоочищенного кобальта стоит порядка $ 28 000. Для сравнения, тонна карбоната лития имеет стоимость на уровне $ 6 000. Карбонат лития представляет собой кристаллическую соль, которая, помимо литий-ионной технологии, используется в стекольной и керамической промышленности, а также в медицине.
По данным Британской Геологической Службы за 2014 год, Демократическая Республика Конго производит порядка 50 процентов кобальта от общемирового показателя; Китай, Канада, Австралия и Россия также имеют значительные запасы этого металла. Повторное использование кобальта путем переработки старых литий-ионных батарей имеет свое ограничение из-за сложности и дороговизны этого процесса. (Смотрите также BU-705: Утилизация электрических батарей). Но в целом, запасы кобальта оцениваются как достаточные, и индустрия не должна столкнуться с его дефицитом.
Кобальт был первым катодным материалом для коммерческих литий-ионных аккумуляторов, но его высокая цена побуждает производителей искать ему замену. Сегодня распространена практика создания сплавов кобальта с никелем, марганцем и алюминием для создания более интересных материалов для катода, которые являются более экономичными и предлагают повышенную производительность в сравнении с чистым кобальтом. (Смотрите также BU-205: Виды литий-ионных аккумуляторов).
Литий в аккумуляторах и батареях
Литий – металл, имеющий огромный электрохимический потенциал. Так, 1 кг лития может хранить 3860 ампер-часов. Эта способность лития позволила создать на его основе химические источники тока — аккумуляторы и батареи, используемые для автономного электропитания устройств.
Металл литий
Литий открыл в 1817 г. шведский химик Иоганн Аугуст Арфведсон. Анализируя найденный в руднике минерал петалит, являющийся алюмосиликатом, Арфведсон обнаружил, что входящие в состав минерала алюминий, кремний и кислород составляют только 96% веса самого минерала. А какому же веществу принадлежат остальные 4%? Опытным путем Арфведсон установил, что это неизвестное вещество растворялось в воде в несколько раз лучше, чем известные в то время науке натрий и калий. Полученный раствор имел щелочные свойства. Арфведсон понял, что неизвестное вещество — новый щелочной металл.
Свое название литий получил от греческого «литос» – камень, так как впервые был обнаружен в минералах (камнях). В периодической системе Менделеева литий – элемент с атомным весом 3. Химическая формула лития Li. Литий – щелочной металл серебристого-белого цвета. Но такой цвет литий имеет только при получении в вакууме. В обычных условиях литий окисляется кислородом и превращается в окись. Литий – самый легкий среди металлов и первый по своему расположению в ряду напряжений металлов (вытеснительному ряду М. В. Бекетова).
Применение лития в промышленности
Металлический литий впервые был получен английским ученым Хэмфри Дэви в 1818 г. Литий широко применяется в современной промышленности. Так, при производстве специальных сортов стекла участвует литий и его соединения. В текстильной промышленности соединения лития используются для отбеливания тканей. Нашли применение соединения лития в технологиях консервирования в пищевой промышленности. В фармацевтической промышленности литий используется при изготовлении косметики. А в черной и цветной металлургии литий применяют для повышения прочности и пластичности сплавов. Хлорид и бромид лития используют в кондиционерах, так как они способны поглощать из воздуха вредные примеси и пары воды.
Литий в аккумуляторах и батареях
Но самое широкое применение литий нашел в производстве химических источников тока — аккумуляторов и батарей.
Очень часто считают, что батарея и аккумулятор – это одно и то же. Но это не совсем так.
Точно значение слова «аккумулятор» означает заряжаемый (вторичный) источник тока, то есть один элемент, который возможно повторно заряжать. А батарея – это соединение нескольких аккумуляторов с целью увеличения аккумуляторной емкости. Раньше батареи были очень громоздкими. Аккумуляторы соединялись между собой проводами и шинами. Но позже научились помещать аккумуляторы в единый корпус в заводских условиях. Такие аккумуляторы называются моноблоками. Но слово «моноблок» не прижилось. А в повседневной жизни аккумуляторами называют и аккумуляторные батареи.
Наиболее часто применяются следующие типы аккумуляторов на основе лития: литий-железо-сульфитный аккумулятор, литий-ионный аккумулятор, литий-полимерный аккумулятор.
Литий-железо-сульфидный аккумулятор используется в устройствах, перезарядку которых нужно делать быстро: в аккумуляторных дрелях, шуруповертах.
Самым распространенным и популярным в настоящее время является литий-ионный аккумулятор. Впервые литий-ионный аккумулятор в 1991 г. создала корпорация Sony. В литий-ионном аккумуляторе ион лития, заряженный положительно, является переносчиком тока. Литий-ионные аккумуляторы имеют большое количество циклов заряда-разряда. Они применяется в мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах, ноутбуках.
Литий-полимерный аккумулятор – это усовершенствованный литий-ионный аккумулятор. Литий-полимерный аккумулятор отдает ток в 10 и более раз превышающий численное значение ёмкости. Используется в электромобилях, радиоуправляемых моделях.
Цена на аккумуляторы для электромобилей в будущем
На первый взгляд кажется, что содержание всего-то 8-10 кг лития и 15 кг кобальта в 350-килограммовом 60-киловаттном аккумуляторе для электромобиля, это совсем немного. Однако, если учесть постоянно растущее количество выпускаемого электротранспорта, не поднимется ли в ближайшее время цена на аккумуляторы для электромобилей?
По прогнозам, к 2050 году, то есть всего через 32 года, количество автомобилей на дорогах мира удвоится и приблизится к отметке в 2 млрд. Если предположить, что, хотя бы половина из них будет на электротяге, для производства их батарей понадобится 9 млн. тонн лития и 13 млн. тонн кобальта. За всю свою историю человечество извлекло на поверхность меньшее количество этих ископаемых.
Читайте также:
Если Илон Маск выполнит свое обещание и в этом году произведет 500000 штук Тесла, а китайские автопроизводители создадут свой миллион новых электромобилей, только на это уйдет одна треть количества ежегодной мировой добычи лития и одна шестая – кобальта.
И каждый год цены на эти металлы растут: с 70-х годов цена на кобальт выросла «всего-то» на 2000%, сегодня литий стоит вдвое дороже, а кобальт – в четыре раза по сравнению с 2016 годом.
Читайте также:
К тому же, рост цен на данное сырье все чаще сопровождается дополнительными экономическими требованиями, которые выдвигают остальному миру африканские страны, экспортирующие эти элементы. К примеру, более половины кобальта в мире добывается в Демократической Республике Конго, где руду извлекают вручную из подземных шахт.
Читайте также:
В этой стране используется детский труд и жесткая эксплуатация, отсутствуют нормальные условия труда и техника безопасности.
Однако, автопроизводители, беря на вооружение все новые открытия ученых, постоянно улучшают конструкцию аккумуляторных батарей и уменьшают в них количество дорогостоящих элементов. Так, уже сейчас Tesla использует аккумуляторы для электромобилей с катодами, изготовленными из лития, никеля, кобальта и алюминия, но в них кобальта содержится всего 20% от того количества, что используется в батареях иных производителей.
Читайте также:
Так что, по мнению немецких и американских ученых-аналитиков, в ближайшие 4-5 лет цены на литий-ионные батареи вырастут на 15% по причине превышения спроса над предложением. Но, затем, исходя из того, что каждые 4 года в связи с введением новых технологий цена на аккумуляторы падает, к 2026 году каждый его киловатт-час будет стоить примерно $60 (сейчас цена колеблется в пределах $220-$230).
Четыре важных элемента для производства аккумуляторных батарейМарганец – черный дешевый металл. Мировые запасы распределены по всем континентам. Ежегодно добывается более 10 млн. тонн.
Читайте также:
Кобальт – очень дорогой металл, сегодня его цена – $64 за кг, самое дорогое составляющее аккумуляторных батарей. Половина из 120000 тонн, добываемых ежегодно во всем мире, экспортируется из Конго, одной из беднейших стран мира. Добыча здесь происходит без участия карьерной спецтехники, а исключительно вручную.
Читайте также:
Литий – редкоземельный металл, идеальное сырье для аккумуляторов. Стоимость $12 за кг. Мировое ежегодное производство: 35000 тонн.
Основной экспортер лития – Китай, который сейчас уже «накладывает лапу» и на месторождения лития в Южной Америке.
Читайте также:
Никель – недорогой металл с месторождениями по всему миру. Ежегодно в Австралии, Канаде, России, Новой Каледонии и Индонезии производится 1,3 млн. тонн никеля.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Обзор Rechargeable Battery для GoPro MAX ACBAT-001
В этой статье отвечаем каверзные вопросы о батарейках для камер.
Что такое li-ion-аккумуляторы, краткая вводная
Батарейку li-ion используют в большинстве устройств, которые заряжаются от розетки: телефоны, видеокамеры, фотоаппараты, плееры, планшеты, ноутбуки. В отличие от своего предшественника — литий-полимера, литий-ионные аккумуляторы не обладают эффектом памяти: их не нужно полностью разряжать, чтобы подключить к сети.
Литий-ионный аккумулятор выделяется по двум причинам:
• В нём присутствует защитный контроллер. Он нежно оберегает блок питания от перегрева, чрезмерной разрядки и превышения напряжения.
• В зарядки для li-ion вставляют схему балансировки ячеек. Батарея состоит из сегментов, они могут разряжаться/заряжаться с разной скоростью. С помощью схемы зарядка отключает уже заряженную ячейку и распределяет энергию по остальным.
Плюсы/минусы
Литий-ионные аккумуляторы хорошо держат заряд, «эффект памяти» сведен к минимуму, отдача энергии выше, чем у других батареек.
Два основных недостатка: батареи постепенно теряют свои полезные качества, если их полностью «сажать», и не любят холод. Нарушая эти правила, аккум переживет не больше 500 зарядок.
Взрываются?
Аккумуляторы первого поколения действительно могли «бумкнуть». Конечно, для того, чтобы начался фейерверк, должны были нашалить производитель, сэкономивший на материалах и контроллерах, и владелец гаджета, забивший на инструкцию. Качественный продукт превращался в злобного гремлина и причинял боль владельцу. Специалисты объясняли это тем, что в производстве использовали анод из металлического лития, а в нём появлялись «зазоры» от многочисленных зарядок. Электроны замыкались, праздник с огоньками начинался.
Проблему решили, заменив анод на графит. Поэтому «веселые» костры остались в 16-ом и 18-ом годах.
5 советов, как использовать батареи, чтобы жили дольше
Если соблюдать простые правила безопасности, то батарейки прослужат долго-долго.
1. Не разряжайте гаджеты до конца. Осталось 10%-20% заряда? Самое время найти зарядное устройство и подключить к нему камеру.
2. Изредка опустошайте батарею раз в 3 месяца. После этого подключайтесь к сети и оставляйте гаджет на ночь, часов на 8. Тогда у неё будет здоровый баланс.
3. Хранить с 40% заряда, в тёплом и сухом месте. Не у батареи, не на подоконнике и не в холодильнике. Полностью заряженный блок сам разрядится со временем. Пустая батарея умрет на полке, и вернуть её к жизни не получится.
4. Использовать «родную» зарядку, в ней предусмотрена схема балансировки. В китайских аналогах могут про неё «забыть», тогда пострадает не только батарея, но и камера.
5. Берегите от перепада температур. Техника не любит дикую жару и лютый холод. Прямые солнечные лучи нанесут столько же урона, сколько −30 за бортом. Если вы жить не можете без зимних видов спорта, то это не приговор. По возвращению в теплое помещение выньте батарею из камеры и оставьте электронику оттаивать на час.
Можно ли возить аккумуляторы из-за границы?
Смотря сколько. Если вы везете телефон маме в подарок, а внутри стоит батарейка, то проблем не будет. Хотите основательно закупиться аккумуляторами в США? Везти их на борту пассажирского самолета категорически запрещается. Поправки к соответствующему закону утвердили ещё в 2016 году. Теперь большие партии блоков питания возят исключительно на грузовых самолетах.
Казалось бы, в чём проблема? А она есть. Многие заказы летали как раз-таки пассажирскими рейсами. Теперь их не принимают на борт в свободные отсеки, отправляют на грузовые рейсы, пересылают по морю или на суше.
Самостоятельно заказать одну батарею можно. Но учитывайте риски, ведь продавец из Китая будет отсылать целую партию блоков, для всех желающих. А как будет добираться посылка до вашего города — неизвестно. Тем более, что её могут затормозить на таможне. Много проблем и мало удовольствия.
Поэтому лучше покупать на родине, меньше мороки.
Rechargeable Battery для GoPro MAX ACBAT-001
У нас нет тайных знаний о том, как перебрасывать блоки через границу. Мы просто соблюдаем законы и закупаемся заранее. Поэтому у нас на складе есть литий-ионный аккумулятор Rechargeable Battery для GoPro MAX ACBAT-001. Батарейка обладает всеми полезными качествами li-ion, емкости 1600 мАч хватит на 1.5 — 2 часа съемок. Пластиковый корпус защищает блок от всех последствий экстремального спорта: пыль, вода, механические повреждения. Система замены батареи налажена так, что замена севшего блока на свежий займет меньше минуты. Как все литий-ионные батарейки, ACBAT-001 мало весит. Она в целом компактная.
Кому стоит купить Rechargeable Battery для GoPro MAX ACBAT-001
На самом деле всем, кто снимает весь день. Острая необходимость в дополнительном аккумуляторе появляется и у операторов экшн-камер, и у фотографов с зеркалками. Когда вы снимаете дольше часа в день, то и батареек нужно больше, чем одна. Как и карточек, но это совсем другая история.
Когда вы отправляетесь на долгую прогулку по незнакомому городу, семейных праздник, пеший поход — везде пригодится запасной блок питания. А если до ближайшей розетки больше суток пути, то запасайтесь ими, как питательными батончиками. Лишними они не будут.
Достаточно ли лития, чтобы удовлетворить потребность в батареях?
В следующем гостевом выступлении Кайл Пеннелл углубляется в вопрос доступности лития для аккумуляторных электромобилей. Литий-ионные батареи имеют ряд преимуществ перед другими типами батарей. И хотя они по-прежнему дороже своих свинцово-кислотных аналогов, литий-ионные батареи неуклонно снижаются в цене.
© sonnen GmbHСкорость установки солнечных энергетических систем в жилых домах за последнее десятилетие резко возросла.По мере роста отрасли растет и небольшой, но растущий рынок солнечных батарей. Для домовладельцев, живущих вне сети, солнечная батарея имеет решающее значение. Но солнечные батареи также распространены в домах, которые подключены к ненадежным сетям, или в домах с тарифами на время использования, которые хотят максимизировать свою экономию.
Структура потребления лития: большая часть идет на производство аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед другими типами аккумуляторов. Они могут разряжаться более глубоко и иметь большую плотность энергии, чем свинцово-кислотные батареи.И хотя они по-прежнему дороже своих свинцово-кислотных аналогов, литий-ионные аккумуляторы постоянно снижаются в цене на . По этим причинам литий-ионные батареи являются предпочтительным вариантом для домашнего хранения солнечной энергии, а крупные производители, такие как Tesla и LG Energy, производят литий-ионные солнечные батареи. В целом на производство литий-ионных аккумуляторов было израсходовано 35 процентов всего лития, использованного в 2015 году, по сравнению с менее чем 20 процентами в 2007 году (сравните диаграмму 1).
Рис. 1: Доля потребления лития в различных областях техники, Источник: Energy Brainpool
Но литий-ионные батареи используются не только в солнечных батареях.Они также используются в мобильных телефонах, беспроводных электроинструментах, ноутбуках и других высокотехнологичных устройствах. Крупнейшим потребителем литий-ионных аккумуляторов является промышленность электромобилей, которая потребила около 64 процентов всех литий-ионных аккумуляторов в 2015 и 2016 годах, как показано на диаграмме 2 (Источник: Seekingalpha).
Рисунок 2: Доля различных технологий в использовании литиевых батарей, Источник: Energy Brainpool
Каждая из этих технологий стала более распространенной за последние пару десятилетий, и в результате спрос на литий рос с соответствующей скоростью. .
Высокий спрос со стороны автомобильной промышленности
И спрос, движимый автомобильной промышленностью, не показывает никаких признаков снижения. В прошлом году Ford и GM объявили, что они будут резко расширять ассортимент своих электромобилей: в этом году планируется производство новых моделей, а к 2023 году будет доступно до 20 различных электромобилей. Когда Tesla Gigafactory 1, расположенная в Неваде, выйдет на полную мощность, компания будет производить батареи для 500 000 автомобилей в год в дополнение к батареям, установленным в ее домашней солнечной системе Powerwall.
Но борьба за литий заставила некоторых аналитиков обеспокоиться тем, что объемы производства не смогут угнаться за темпами. Например, в период с 2010 по 2014 год потребление литий-ионных аккумуляторов увеличилось на 73 процента, а уровень производства увеличился только на 28 процентов. А количество литий-ионных «мегазаводов» — предприятий по производству элементов с мощностью производства аккумуляторов более одного гигаватт-часа в год — выросло с пары в 2014 году до более 20 сегодня. Многие аналитики ожидают, что к 2030 году спрос на литий может удвоиться или утроиться по сравнению с текущим уровнем.
Нет риска общего предложения ресурсов, но есть возможность удовлетворить спрос.
Риск исчерпания запасов лития в абсолютном смысле невелик; в следующем десятилетии, вероятно, будет исчерпано менее одного процента мировых запасов лития. Реальная опасность состоит в том, что литий не удастся извлечь и сделать доступным достаточно быстро, чтобы удовлетворить растущий спрос.
Есть два источника лития: рассол и месторождения полезных ископаемых. Рассол извлекается с помощью процесса, известного как добыча рассола, при котором растворенный литий (и другие полезные элементы) извлекаются с помощью длительного, энергоемкого и дорогостоящего процесса.Извлечь литий из шахт проще, но большая часть мирового лития находится в бассейнах с рассолом в Южной Америке. Примерно половина из 35 000 метрических тонн, произведенных в 2016 году, пришлась на рассол в Чили и Аргентине.
В США мало источников лития. В 2013 году в США было произведено 870 метрических тонн, но импортировано более 2200 метрических тонн. 97 процентов импортированного лития поступило из Чили и Аргентины.
Резкое повышение цен на литий на 270 процентов с 2010 года
Беспокойство по поводу доступности лития привело к резкому росту его цен.В 2010 году литий продавался по цене 5180 долларов за метрическую тонну. К 2012 году стоимость метрической тонны превысила 6000 долларов, а к концу 2017 года метрическая тонна стоила около 14000 долларов — на 270 процентов больше, чем в 2010 году. Рисунок 3 (Источник: USGS) демонстрирует резкий рост цен.
Рис. 3. Динамика цен на карбонат лития аккумуляторного качества, Источник: Energy Brainpool
Другая проблема заключается в том, что исследователи, похоже, не имеют точного подсчета того, сколько лития на самом деле имеется.Пять различных оценок мировых запасов лития, сделанных в период с 2008 по 2010 год, дали пять очень разных цифр. Самая низкая оценка составила 3,9 миллиона метрических тонн, а самая высокая — в 10 раз больше. Чтобы удовлетворить растущий спрос на литий, предприятия по добыче лития обязались открыть 20 новых производственных площадок из 16 действующих. Первый из них планируется открыть в следующем году.
Суть в том, что, по данным Аргоннской национальной лаборатории, «доступные материалы не будут исчерпаны в обозримом будущем.… Известные запасы лития могут удовлетворить мировой спрос к 2050 году ».
Хотя устройства, содержащие литий, могут быть переработаны, не существует технологии переработки, позволяющей получить литий, достаточно чистый для использования в новых ионно-литиевых батареях. В будущем отраслям, потребляющим литий, необходимо будет сотрудничать, чтобы разработать процессы и инфраструктуру рециркуляции, которые могут лучше восстанавливать литий и другие драгоценные материалы, которые входят в ионно-литиевые батареи.
Более серьезной проблемой является растущий спрос на действительно редкие металлы, такие как кобальт и графит.Южнокорейские транснациональные корпорации Samsung и LG Chem разработали батареи, в которых используется больше никеля и меньше кобальта. Кобальт представляет особую проблему, поскольку его часто добывают в Демократической Республике Конго, где рабский и детский труд широко распространены, а политическая ситуация нестабильна. Обеспечение этических и доступных источников кобальта и других материалов, необходимых для производства литий-ионных батарей, будет сложной задачей.
А как насчет редких металлов?
Опыт приглашенных авторов: Кайл Пеннелл был контент-менеджером в PowerScout.Компания была основана на принципе использования передовых технологий анализа данных и программного обеспечения, чтобы предоставить потребителям рынок, где они могут найти подходящие проекты по благоустройству умного дома для своего дома и найти лучших подрядчиков для их выполнения. Они базируются в США.
На сколько хватит поставок лития? — pv magazine International
Каждый элемент земной коры конечен, и некоторые из них встречаются реже, чем другие. Поскольку литий-ионные батареи являются жизненно важным фактором для многих национальных усилий по декарбонизации, ключевой характер элемента может поставить под угрозу глобальный энергетический переход.
Начиная с середины века, необходимо разработать практически комплексную переработку отходов, подключения транспортных средств к электросети и замены батарей, согласно отчету Питера Грейма, Соломона Асфау и Кристиана Брейера из Технологического университета Лаппеенранта-Лахти (LUT ) в Финляндии и в Аугсбургском университете в Германии, опубликованные в академическом журнале Nature Communications.
«Текущая тенденция производства литиевых батарей показывает, что в краткосрочной перспективе спрос и предложение хорошо сбалансированы», — сказал Асфау, научный сотрудник LUT, получивший докторскую степень.«Однако устойчивость долгосрочных поставок лития и, следовательно, поддержание энергетического перехода на высоком уровне электрификации, особенно в транспортном секторе, находится под угрозой. Спрос на литиевые батареи является основным фактором наблюдаемого дефицита ».
электромобилей как решение и виновник
Литий-ионные батареи продемонстрировали совокупный годовой темп роста в 25% в период с 2015 по 18 гг., Главным образом за счет роста количества электромобилей (электромобилей). Согласно отчету LUT-Augsburg, 70% устройств, поставленных в 2018 году, предназначались для электромобилей, по сравнению с 43% тремя годами ранее.
Популярность электромобилей отразилась на горнодобывающей деятельности: по данным Грейма и др., Спрос на литий в 2015 году составлял около 34,6 килотонн (кт). Около 60% этого объема приходилось на использование без использования батарей, с четвертью общего спроса на потребительскую электронику и традиционные рынки батарей, 14% на развертывание электромобилей и всего 1% на стационарные накопители энергии. В прошлом году мировой спрос на литий, по сообщениям, подскочил до 49 тыс. Т, из которых 60% приходится на продукты, связанные с аккумуляторными батареями.
Учитывая, что на дорогах курсирует около миллиарда легковых автомобилей, а к 2050 году их число должно вырасти до 3 миллиардов, электрификация мирового автопарка может серьезно подорвать поставки лития.Профессор LUT по солнечной экономике Брейер написал: «Выбор общественного транспорта, совместные поездки с коллегами — это все наши индивидуальные решения, которые уменьшают зависимость от частных легких транспортных средств. Нам нужны стимулы для поддержки этого выбора во всех частях земного шара ».
Аналогичным образом, согласно исследованию LUT-Augsburg, потребление энергии должно вырасти одновременно с ростом мирового населения до 11 миллиардов человек к середине века. По оценкам Организации Объединенных Наций, к этому времени миру потребуется 40 МВтч первичной энергии на душу населения, что обеспечит потребность в 200 ТВтч емкости батарей в этом столетии.Через 50 лет после 2050 года потребление энергии может вырасти в четыре раза.
Сколько осталось?
Исследователи LUT-Augsburg изучили различные модели, чтобы определить, сколько лития остается на Земле, с оценками, варьирующимися от 30-95 миллионов тонн (Mt), поскольку Геологическая служба США, например, указывает общий запас ресурсов в 80 Mt.
На основе оценок исследователи смоделировали четыре сценария поставок лития. Согласно их наихудшему прогнозу, никаких дополнительных ресурсов лития обнаружено не будет.В результате человечеству останется 26 Мт лития. В других сценариях предполагалось, что оставшиеся запасы составляют 41, 56 и 73 млн тонн, а группа LUT-Аугсбург отметила, что предположения о 80 и 95 млн тонн оставшегося лития не имеют достаточного обоснования и были отклонены.
Группа также смоделировала восемь сценариев будущего спроса с учетом переменных, включая внедрение электромобилей, вторичное использование аккумуляторов и их переработку, а также интеграцию транспортных средств в сеть. Используя два набора сценариев, исследователи пришли к 18 результатам, каждый из которых выдвигал на первый план другой год, когда запасы лития иссякнут.
Спрос и предложение будут оставаться сбалансированными в течение следующего десятилетия во всех сценариях, обнаружила группа LUT-Аугсбург, а предложение даже превысит спрос до середины века, но с этого момента начнется дефицит.
Сценарий, который предполагает Осталось 73 млн т лития, реализованы лучшие стратегии (переработка, V2G, вторичная жизнь) и около 3 миллиардов электромобилей на дорогах приведет к полному истощению лития через несколько лет после 2100 года. Если бы та же политика и количество автомобилей были сопоставлены всего с 26 Мт лития, но усилия по переработке будут расти медленно, производители аккумуляторов закроют магазины даже до 2040 года.
Меньше автомобилей
«В отличие от других оценок, результат показывает, что доступность лития станет серьезной угрозой для долгосрочной устойчивости транспортного сектора, если не будут приняты комплексные меры для решения этой проблемы», — говорится в исследовании.
Рост глобального спроса на электроэнергию с течением времени сделает использование вторичных аккумуляторных батарей электромобилей для стационарных аккумуляторов неизбежным, прогнозируют исследователи, но даже с таким увеличением срока службы батарей альтернативные химические составы устройств, такие как окислительно-восстановительный поток ванадия и натрий-сера, будут иметь для ввода в эксплуатацию, чтобы не отставать от спроса на стационарные хранилища.
«Мы также должны найти способы восполнить спрос на аккумуляторы за счет разработки экологически безопасных транспортных средств, не требующих аккумуляторов», — сказал Брейер, предлагая более широкое использование железных дорог и схемы совместного использования автомобилей в качестве альтернативы использованию личных автомобилей.
Хотя синтетическое топливо будет иметь ценность для морских перевозок на большие расстояния и авиации, исследователи заявили, что оно не учитывалось при рассмотрении личного транспорта из-за относительной разницы в эффективности системы по сравнению с литий-ионным аккумулятором для данного сегмента.
Переработка также должна играть центральную роль в предотвращении перебоев с поставками лития, согласно исследованию LUT-Augsburg, поскольку 45% литий-ионных батарей, перерабатываемых сегодня, вырастут до 99% к 2050 году, согласно последним технологическим данным предположил, что эффективность рециркуляции элемента составляет около 95%.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors @ pv-magazine.com.
К 2025 году поставка лития увеличится втрое. Будет ли этого достаточно
Цены на литий резко упали в 2019 году, так как на рынке возникло избыточное предложение, а рост электромобилей замедлился. Производство аккумуляторного металла к 2025 году увеличится почти в три раза и превысит 1,5 миллиона метрических тонн, но есть опасения, что падение инвестиций в добычу полезных ископаемых может привести к дальнейшему дефициту рынка.
Литий — неотъемлемый компонент аккумуляторов электромобилей. Поскольку закупки электромобилей резко возросли — только в 2018 году было продано более 2 миллионов автомобилей, согласно S&P Global Platts Analytics , — поэтому существует потребность в батареях, что, в свою очередь, способствует росту спроса на литий.
В ожидании дальнейшего быстрого роста за последние несколько лет инвестиции в цепочку поставок лития росли быстрыми темпами. Однако в этом году цены упали, что снизило энтузиазм к новым проектам.
Один из проектов, столкнувшийся с трудностями, — это шахта Nemaska Lithium Whabouchi в Квебеке, Канада. Nemaska недавно объявила об увольнениях, поскольку пытается обеспечить оптимальный денежный поток для продолжения проекта Whabouchi.
Другой — китайский завод Tianqi Lithium в Западной Австралии, который начал производство гидроксида лития в сентябре.Одновременно с началом работы Tianqi объявила об отсрочке второй половины проекта мощностью 48 000 т / год, сославшись на низкие мировые цены на литий из-за задержки завода, который первоначально предполагалось ввести в эксплуатацию в полном объеме к концу 2019 года.
В то же время участники отрасли предупреждают, что общее падение цен не отражает всей картины. Они утверждают, что нынешняя ситуация является краткосрочной, и спрос на более качественные марки должен восстановиться, в то время как несоответствие между поставками литиевого сподумена и узкими местами перерабатывающих мощностей в Китае, что является фактором нынешней слабости цен, будет кратковременным.
Тем не менее, слабый рынок привел к большей осторожности среди инвесторов и предполагает возможность сокращения предложения в конце следующего десятилетия. Отрасль должна будет приспособиться к новым условиям и устранить изломы в цепочке поставок, чтобы обеспечить устойчивое снабжение, которое может способствовать разворачивающейся транспортной революции.
Производители литияЛитий в основном получают из сподумена или рассола. В Австралии находится большинство месторождений твердых пород (сподумен), а производство рассола сосредоточено в Южной Америке, в основном в Чили и Аргентине.
Несмотря на то внимание прессы, которое привлекло внимание прессы к производству рассолов в Южной Америке в последние несколько лет, именно в Австралии предложение быстро росло, при более коротких сроках выполнения проекта, составляющих всего 3-5 лет, возник шквал твердых горных рудников. Напротив, реализация проектов по рассолу может занять 7 лет.
Карбонат лития и гидроксид лития — два соединения лития, используемые для производства катодов аккумуляторных батарей, причем карбонат в настоящее время составляет основную часть использования. При производстве рассола хлорид лития извлекается из щелочных соленых озер перед превращением в карбонат.
Сподумен, получаемый при добыче твердых пород, требует дальнейшей обработки для получения карбоната — особенно энергоемкого и, следовательно, дорогостоящего процесса.
Гидроксид лития, предпочтительный для новых катодных технологий , особенно для более высоких химикатов никеля, может производиться как из сподумена, так и из рассола. При запуске с рассолом требуется дополнительная стадия конверсии карбоната лития. Гидроксид, как правило, оценивается с надбавкой, чтобы отразить это, хотя эта маржа оказалась под давлением из-за увеличения производства сподумена.
Новые рудники и увеличившееся производство привели к избытку материала на рынке, что подорвало цены на литий. Оценка S&P Global Platts для концентрата литиевого сподумена с содержанием оксида лития 6% (SC6) упала с 640 долларов за тонну на условиях FOB в Австралии в январе 2019 года до 545 долларов за тонну в сентябре 2019 года.
Изобилие предложения сподумена и, как следствие, низкая цена снизили производственные затраты для китайских переработчиков, так как оценка Platts карбоната лития CIF North Asia упала на 22% за тот же период до 9900 долларов за тонну 17 октября.
Погрузитесь глубже: Узнайте о покрытии металлов аккумуляторными батареями S&P Global Platts
«Похоже, что в течение 2019 года наблюдалось краткосрочное накопление литиевого сырья, которое повлияло на краткосрочное ценообразование на литий (и цены на акции литиевых компаний)». Об этом Platts сообщила Аса Бридл из компании-разработчика лития Savannah Resources.
Bridle также утверждал, что нынешнее избыточное предложение сподумена произошло из-за задержек с вводом в эксплуатацию перерабатывающих мощностей в нисходящем направлении в Китае: «Главное — признать это краткосрочным дисбалансом на рынке, а не обязательно признаком долгосрочных тенденций.”
Винсент Леду Педаль из Infinity Lithium придерживался аналогичной точки зрения, ссылаясь на ожидания, что нынешний избыток предложения продлится до 2020 года, прежде чем сбалансировать его через год. «Сподумен экспортируется в Китай в основном сторонним переработчикам, где преобразование в литиевые химические вещества неэффективно». Он добавил, что майнеры рассматривают возможность интеграции конверсионных мощностей, чтобы «лучше контролировать свою производственно-сбытовую цепочку и повысить свою рентабельность».
Также стоит отметить, что дисбаланс спроса и предложения усугубляется более медленными, чем предполагалось, продажами электромобилей в 2019 году, отчасти из-за сокращения субсидий Китаем в июле, но также из-за более широкого спада мировых продаж автомобилей.
Говоря о переизбытке лития, генеральный директор Bacanora Lithium Питер Секер отметил, что важно различать твердые породы более низкого качества, поступающие из Австралии, которые требуют дополнительной обработки и углеродного следа, и химически чистые материалы, используемые в батареях. .
«Вокруг много низкосортного концентрата, но материал для аккумуляторов довольно сбалансирован. В целом, производство в Австралии находится на верхнем конце кривой затрат, а южноамериканское — на нижнем », — добавил Секер.
Это стало более широким аргументом в пользу того, что добыча твердых пород в Австралии может оказаться в роли колеблющегося производства, когда проекты будут появляться и отключаться в зависимости от цены. Между тем, проекты по рассолу, занимающие более выгодные позиции на кривой затрат, смогут работать при любых ценах, кроме крайне низких.
Рост предложения литияЗаглядывая вперед, S&P Global Market Intelligence прогнозирует существенный рост предложения лития до 2025 года.Новые шахты и соляные озера в сочетании с расширением добычи в рамках нескольких существующих проектов должны увеличить мировое производство лития до уровня более 1,5 млн тонн в пересчете на карбонат лития (LCE).
Австралия, которая в настоящее время является крупнейшей страной-производителем, намерена сохранить свои позиции, поскольку существующие шахты (многие из которых были введены в эксплуатацию за последние три года) неуклонно наращивают добычу, в результате чего к 2025 году будет получено более 400 000 т LCE новых поставок.
В Южной Америке также ожидается рост предложения примерно на 199%, начнется производство новых солевых озер, и ожидается, что большинство существующих зарплат увеличит добычу.При более длительных сроках выполнения предстоящие проекты по рассолу, вероятно, финансировались в том же объеме, что и горные выработки, введенные в эксплуатацию в Австралии с 2016 года.
С учетом того, что рудники Authier, Rose и Whabouchi должны быть введены в эксплуатацию до 2025 года, доля Северной Америки в поставках лития должна увеличиться до более чем 5%, что потенциально развеивает некоторые опасения по поводу нынешней незначительной роли Северной Америки в цепочке аккумуляторных батарей для электромобилей.
Однако ожидается, что к 2025 году Европа добавит только один новый источник лития, что незначительно увеличит ее долю в мировых поставках.К 2025 году на всем континенте будет функционировать 25 гигабитных заводов по производству аккумуляторных батарей, поэтому Европа, похоже, останется зависимой от поставок сырья из других источников — даже несмотря на то, что Европейская комиссия приложила все усилия для развития сектора и обеспечения безопасности сырья. поставка
В ногу с электромобилямиНесмотря на существующий избыток предложения и почти трехкратный рост предложения, ожидаемый к 2025 году, есть веские аргументы в пользу того, что в дальнейшем, по мере нарастания импульса, спрос может перевесить предложение.
«Если верить прогнозам распространения электромобилей — наряду с миллиардами долларов, которые автомобильные компании вложили или будут вкладывать в разработку и производство электромобилей — тогда спрос на литий вырастет в 10 раз в течение следующего десятилетия». — сказала Уздечка.
Он добавил, что, учитывая зависимость производителей катодов и батарей от поставок лития, существует сильный стимул для инвестиций в поставку со стороны последующих потребителей. «Литиевый сектор уже предоставил несколько хороших примеров этой тенденции: компании по производству литиевых химикатов, аккумуляторные батареи и даже автомобильные компании инвестируют или вступают в партнерские отношения с поставщиками сырья / горнодобывающими предприятиями.”
Pedailles также подчеркнул необходимость увеличения инвестиций в сырье: «Если низкие цены останутся в краткосрочной и среднесрочной перспективе, это приведет к сокращению инвестиционного портфеля. Это, в свою очередь, приведет к еще более драматической ситуации с дефицитом предложения в будущем и гораздо более высоким ценам ».
Успех при нынешних низких ценах будет соответствовать размеру производителя, сказал Секер из Bacanora, подчеркнув, что крупные инвестиции по-прежнему поступают в цепочку поставок лития от известных крупных компаний.Он также утверждал, что компании с партнерскими отношениями или совместными предприятиями будут более устойчивыми.
«Молодые компании, которые хотят разрабатывать проекты в одиночку, будут бороться», — сказал Секер.
Утилизация литий-ионных аккумуляторов электромобилей
Международное энергетическое агентство (IEA) Global EV Outlook 2018 (IEA, 2018).
Ахмади, Л., Янг, С. Б., Фаулер, М., Фрейзер, Р. А. и Ачахлуэй, М. А. Каскадный жизненный цикл: повторное использование литий-ионных аккумуляторных батарей электромобилей в системах хранения энергии. Внутр. Дж. Оценка жизненного цикла . 22 , 111–124 (2017).
CAS Google ученый
Даути, Д. Х. и Рот, Э. П. Общее обсуждение безопасности литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Soc. Интерфейс 21 , 37–44 (2012).
CAS Google ученый
Kong, L., Li, C., Jiang, J. & Pecht, M. Опасность возгорания литий-ионных аккумуляторов и стратегии безопасности. Энергии 11 , 2191 (2018).
Google ученый
Переосмыслить отходы https://www.rethinkwaste.org/uploads/media_items/111617-shoreway-operations.original.pdf (Shoreway Operations and Contract Management, 2017).
Роу, Л., Американский марганец: Международная конференция по виртуальной реальности (VRIC), беседа с президентом и генеральным директором Ларри Рио — MoonShot Exec, https: // moonshotexec.com / american-manganese-vric-talk-with-president-and-ceo-larry-reaugh / (2018).
Мешрам П., Пандей Б. Д. и Манкханд Т. Р. Извлечение лития из первичных и вторичных источников путем предварительной обработки, выщелачивания и разделения: всесторонний обзор. Гидрометаллургия 150 , 192–208 (2014).
CAS Google ученый
Tedjar, F. in Challenge for Recycling Advanced EV Batteries https: // congresses.icmab.es/iba2013/images/files/Friday/Morning/Farouk%20Tedjar.pdf (2013).
Katwala, A. Растущие экологические издержки нашей зависимости от литиевых батарей. Проводной https://www.wired.co.uk/article/lithium-batteries-environment-impact (2018).
Ларчер Д. и Тараскон Ж.-М. На пути к более экологичным и устойчивым батареям для хранения электроэнергии. Nat. Chem . 7 , 19–29 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Gaines, L. Процессы переработки литий-ионных аккумуляторов: исследования в направлении устойчивого развития. Sustain. Матер. Технол . 17 , e00068 (2018). Чистое воздействие производства LIB может быть значительно уменьшено, если больше материалов может быть извлечено из LIB с истекшим сроком службы в максимально удобной для использования форме. .
CAS Google ученый
Турченюк К., Бондарев Д., Сингхал В. и Юшин Г. На модернизацию литий-ионных аккумуляторов ушло десять лет. Природа 559 , 467–470 (2018).
ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Тахил В. Проблемы с литием: последствия будущего производства PHEV для спроса на литий (Meridian International Research, 2007).
Гейнс, Л. и Нельсон, П. Литий-ионные батареи: изучение спроса на материалы и вопросы утилизации. В ежегодном собрании и выставке TMS 2010 27–39 (TMS 2013). Первоначальные опасения по поводу нехватки ресурсов для увеличения производства LIB с упором на литий; однако в ближайшей перспективе запасы лития вряд ли будут ограничивать .
Наринс, Т. П. Аккумуляторный бизнес: доступность лития и рост мировой индустрии электромобилей. Extr. Ind. Soc . 4 , 321–328 (2017).
Google ученый
Schmuch, R., Wagner, R., Hörpel, G., Placke, T. & Winter, M. Характеристики и стоимость материалов для литиевых аккумуляторных батарей для автомобилей. Nat. Энергетика 3 , 267 (2018).
ADS CAS Google ученый
Nkulu, C. B. L. et al. Устойчивость кустарной добычи кобальта в ДР Конго. Nat. Выдержать . 1 , 495 (2018).
Google ученый
Гюр, Т. М. Обзор технологий, материалов и систем хранения электроэнергии: проблемы и перспективы крупномасштабного сетевого хранения. Energy Environ. Sci . 11 , 2696–2767 (2018).
Google ученый
Сан, С. И., Чипперфилд, А. Дж., Киаи, М. и Уиллс, Р. Г. А. Влияние динамики рынка на динамику цен на вторичные аккумуляторные батареи для электромобилей. J. Хранение энергии 19 , 41–51 (2018).
Google ученый
Гейнс, Л. Будущее переработки автомобильных литий-ионных аккумуляторов: намечаем экологически безопасный курс. Sustain. Матер. Технол . 1-2 , 2-7 (2014).
Google ученый
Jaffe, S. Уязвимые звенья в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов. Джоуль 1 , 225–228 (2017).
Google ученый
Helbig, C., Bradshaw, A. M., Wietschel, L., Thorenz, A. и Tuma, A. Риски, связанные с поставками, связанные с материалами литий-ионных аккумуляторов. J. Clean. Прод . 172 , 274–286 (2018). Сосредоточившись на шести системах аккумуляторных батарей (LCO-C, LMO-C, NMC-C, NCA-C, LFP-C и LFP-LTO), это исследование оценивает относительный риск поставки отдельных элементов (Li, Al, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, P и графит) в LIB .
CAS Google ученый
Diekmann, J. et al. Экологическая переработка литий-ионных аккумуляторов электромобилей с упором на механические процессы. J. Electrochem. Soc . 164 , A6184 – A6191 (2017).
CAS Google ученый
Неджалков А. и др. Выбросы токсичных газов из поврежденных литий-ионных батарей — решение для анализа и повышения безопасности. Батарейки 2 , 5 (2016).
Google ученый
Эльверт, Т., Рёмер, Ф., Шнайдер, К., Хуа, К. и Бухерт, М. в статье Поведение литий-ионных батарей в электромобилях (ред. Пистойя, Г. и Лиав, Б.) 289 –321 (Springer, 2018). В этой статье описывается переработка и производственно-сбытовая цепочка LIB из транспортных средств и различные промышленные подходы, используемые в настоящее время для переработки элементов, кратко обсуждаются экономические и экологические аспекты и выделяются текущие проблемы переработки LIB .
Ламберт С.M. et al. Метод быстрого неразрушающего контроля для поточного контроля качества литий-ионных аккумуляторов. IEEE Trans. Инд. Электрон . 64 , 4017–4026 (2017).
Google ученый
Аттидеку, П. С., Ван, К., Армстронг, М., Ламберт, С. М. и Кристенсен, П. А. Новый постоянный подход к онлайн-мониторингу емкости и прогнозированию срока службы литий-ионных батарей для электромобилей (EV). Дж.Электрохим. Soc . 164 , A1792 – A1801 (2017).
CAS Google ученый
Attidekou, P. S. et al. Исследование литий-ионных батарей 40 Ач при нулевом уровне заряда в зависимости от температуры. J. Источники энергии 269 , 694–703 (2014).
ADS CAS Google ученый
Cerdas, F. et al. in Переработка литий-ионных батарей 83–97 (Springer, 2018).
Институт автомобильной промышленности (IMI) IMI повышает квалификацию и проблемы регулирования в связи с повышением спроса на электрические и гибридные автомобили https://www.theimi.org.uk/news/imi-raises-skills- и-регулирование-проблемы-скачки спроса-электрических-и-гибридных-транспортных средств (IMI, 2015)
Электромобили и промышленная стратегия. В Электромобили: движение в переходный период https://publications.par Parliament.uk/pa/cm201719/cmselect/cmbeis/383/38309.htm. (Комитет по бизнесу, энергетике и промышленной стратегии, Палата общин, Великобритания, 2018 г.).
Duflou, J. R. et al. Эффективность и возможность разборки продукта: тематическое исследование. CIRP Ann . 57 , 583–600 (2008).
Google ученый
Wegener, K., Chen, W. H., Dietrich, F., Dröder, K. & Kara, S. Разборка с помощью робота для утилизации аккумуляторных батарей электромобилей. Proc. CIRP 29 , 716–721 (2015).
Google ученый
Дорнфельд Д. А. и Линке Б. С. (ред.) Использование технологий для устойчивого мира . (Материалы 19-й конференции CIRP по инженерии жизненного цикла) (Springer, 2012).
Markowski, J., Ay, P., Pempel, H. & Müller, M. in Recycling und Rohstoffe https://www.vivis.de/wp-content/uploads/RuR5/2012_RuR_443_456_Markowski .pdf (TK, 2012).
ReLiB. Проверка и демонтаж шлюза . https://relib.org.uk/gateway-testing-dismantling/ (Институт Фарадея, 2019).
Арора С. и Капур А. в статье Поведение литий-ионных батарей в электромобилях (ред. Пистойя, Г. и Лиав, Б.) 175–200 (Springer, 2018).
Chen, H. & Shen, J. Метод сортировки на основе деградации для повторного использования литий-ионных батарей. PLoS One 12 , e0185922 (2017).
PubMed PubMed Central Google ученый
Достижения в аккумуляторных технологиях для электромобилей (ред. Бруно Скросати, Б., Jürgen Garche, J. & Werner Tillmetz, W.) 245–263 (Elsevier, 2015).
Базилиан М. Д. Минеральная основа энергетического перехода. Extr. Ind. Soc . 5 , 93–97 (2018).
Google ученый
Rujanavech, C. et al. Лиам — история инноваций (Apple, 2016).
Лука А., Альбу-Шаффер А., Хаддадин С. и Хирцингер Г. в 2006 IEEE / RSJ Int.Конф. по интеллектуальным роботам и системам 1623–1630 (IEEE, 2006).
Чепмен, Х., Лоутон, С. и Фитцпатрик, Дж. Лазерная резка для вывода из эксплуатации ядерных установок: комплексный подход к безопасности. Atw. Int. З. Kernenergie 63 , 521–526 (2018).
Google ученый
Sun, L. et al. Новый подход со слабым контролем для обнаружения объектов ядерных отходов на основе RGB-D. IEEE Sens.J . 19 , 3487–3500 (2018).
ADS Google ученый
Xiao, J., Stolkin, R., Gao, Y. & Leonardis, A. Надежное сочетание данных цвета и глубины для отслеживания цели RGB-D с использованием адаптивных моделей глубины, не зависящих от диапазона, и пространственно-временной согласованности ограничения. IEEE Trans. Киберн . 48 , 2485–2499 (2018).
PubMed PubMed Central Google ученый
Marturi, N. et al. Динамический захват и планирование траектории движущихся объектов. Auton. Роботы 43 , 1241–1256 (2018).
Google ученый
Ортенци В., Столкин Р., Куо Дж. И Мистри М. Гибридное управление движением / силой: обзор. Adv. Робот . 31 , 1102–1113 (2017).
Google ученый
Аджигбл, М.и другие. Захват без модели и обучения путем сопоставления локального контактного момента. В Int. Конф. по интеллектуальным роботам и системам (IROS) 2933–2940 (IEEE, 2018). В этом документе представлен алгоритм, который является ключом к автоматизированной обработке аккумуляторных батарей, в котором система искусственного интеллекта и роботизированного зрения может автономно планировать, где поместить пальцы робота, чтобы стабильно схватить объект произвольной формы, не полагаясь на какие-либо предварительные знания или модели объект или требуется какое-либо машинное обучение с использованием данных автономного обучения.
Пудас, Дж., Эрккила, А. и Вильямаа, Дж. Метод утилизации батарей. Патент США № . 8 , 979, 006 (2010).
Google ученый
Hanisch, C. Метод вторичной переработки использованных батарей, в частности аккумуляторных батарей, и установка для обработки батарей. Заявка на патент США 2019 / 0260101A1 (2019).
Google ученый
Смит В. Н. и Суффер С. Восстановление литий-ионных батарей. Патент США 8 , 616, 475 (2013).
Google ученый
Ли, Дж., Ван, Г. и Сюй, З. Образование и обнаружение выбросов ионов металлов и летучих органических соединений (ЛОС) в процессе предварительной обработки для рециркуляции отработанных литий-ионных батарей. Управление отходами . 52 , 221–227 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Shaw-Stewart, J. et al. Разрядка водного раствора цилиндрических литий-ионных элементов. Sustain. Матер. Технол . https://doi.org/10.1016/j.susmat.2019.e00110 (2019).
Аль-Тьябат, С., Накамура, Т., Шибата, Э. и Иидзука, А. Адаптация операций по переработке полезных ископаемых для переработки литий-ионных (LiBs) и никель-металлогидридных (NiMH) батарей: критично рассмотрение. Шахтер. Eng . 45 , 4–17 (2013).
CAS Google ученый
Guo, R., Lu, L., Ouyang, M. и Feng, X. Механизм всего процесса переразряда и вызванное переразрядом внутреннее короткое замыкание в литий-ионных батареях. Sci. Реп . 6 , 30248 (2016).
ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Георги-Машлер, Т., Фридрих, Б., Вейхе, Р., Хигн, Х. и Рутц, М. Разработка процесса переработки литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 207 , 173–182 (2012).
CAS Google ученый
Lv, W. et al. Критический обзор и анализ утилизации использованных литий-ионных аккумуляторов. САУ Sustain. Chem. Eng . 6 , 1504–1521 (2018).
CAS Google ученый
Wang, X., Gaustad, G. & Babbitt, C. W. Ориентация на ценные металлы при переработке литий-ионных аккумуляторов посредством измельчения и разделения по размеру. Управление отходами . 51 , 204–213 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Жан, Р., Ольденбург, З. и Пан, Л. Извлечение активных катодных материалов из литий-ионных батарей с использованием пенной флотации. Sustain. Матер. Технол . 17 , e00062 (2018).
CAS Google ученый
Li, X., Zhang, J., Song, D., Song, J. & Zhang, L. Прямая регенерация смеси переработанных катодных материалов из списанных батарей LiFePO 4 . J. Источники энергии 345 , 78–84 (2017).
ADS CAS Google ученый
Li, J., Wang, G. & Xu, Z. Экологически безопасная бескислородная технология обжига / влажной магнитной сепарации для переработки на месте кобальта, карбоната лития и графита из отработанного LiCoO 2 / графит литиевые батареи. J. Hazard. Mater . 302 , 97–104 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Song, D. et al. Восстановление и термообработка Li (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ) O 2 катодный скрап для литий-ионной батареи. J. Источники энергии 232 , 348–352 (2013).
CAS Google ученый
Chen, J. et al. Экологически безопасная переработка и эффективный ремонт катодных порошков отработанных аккумуляторов LiFePO 4 . Грин Хим . 18 , 2500–2506 (2016).
CAS Google ученый
Zhang, Z. et al. Гидротермальное восстановление LiCoO 2 с помощью ультразвука с катода отработанных литий-ионных аккумуляторов. Внутр. J. Electrochem. Sci . 9 , 3691–3700 (2014).
Google ученый
Nirmale, T.C., Kale, B. B. и Varma, A.J. Обзор связующих и электродов на основе целлюлозы и лигнина: небольшие шаги к устойчивой литий-ионной батарее. Внутр. J. Biol. Макромол . 103 , 1032–1043 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Феррейра Д. А., Прадос Л.М. З., Маюсте Д. и Мансур М. Б. Гидрометаллургическое отделение алюминия, кобальта, меди и лития из отработанных литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 187 , 238–246 (2009).
ADS CAS Google ученый
He, L.-P., Sun, S.-Y., Song, X.-F. И Ю., Ж.-Г. Процесс выщелачивания для извлечения ценных металлов из LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 катод литий-ионных аккумуляторов. Управление отходами . 64 , 171–181 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Li, J., Shi, P., Wang, Z., Chen, Y. & Chang, C.-C. Комбинированный процесс восстановления металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Химия 77 , 1132–1136 (2009).
ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Nayaka, GP, Pai, KV, Santhosh, G. & Manjanna, J. Растворение активного катодного материала отработанных литий-ионных батарей с использованием винной кислоты и смеси аскорбиновой кислоты для извлечения Co. Гидрометаллургия 161 , 54–57 (2016).
CAS Google ученый
Пинна, Э. Дж., Руис, М. К., Охеда, В. М. и Родригес, М. Х. Катоды отработанных литий-ионных аккумуляторов: растворение фосфорной кислотой и извлечение лития и кобальта из щелоков от выщелачивания. Гидрометаллургия 167 , 66–71 (2016).
Google ученый
Yang, L. et al. Получение и магнитные характеристики Co 0,8 Fe 2,2 O 4 золь-гель методом с использованием катодных материалов отработанных литий-ионных аккумуляторов. Ceram. Инт . 42 , 1897–1902 (2016).
CAS Google ученый
Zheng, X. et al. Утилизация отработанных литий-ионных аккумуляторов — восстановительное аммиачное выщелачивание металлов из катодного лома сульфитом натрия. Управление отходами . 60 , 680–688 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Granata, G., Moscardini, E., Pagnanelli, F., Trabucco, F. & Toro, L. Рекуперация продуктов из отходов литий-ионных аккумуляторов, поступающих с промышленных установок предварительной обработки: лабораторные испытания и моделирование процессов. J. Источники энергии 206 , 393–401 (2012).
CAS Google ученый
Мантуано, Д.П., Дорелла, Г., Элиас, RCA и Мансур, М.Б. Анализ гидрометаллургического способа извлечения цветных металлов из отработанных аккумуляторных батарей методом жидкостно-жидкостной экстракции с помощью Cyanex 272. J. Источники энергии 159 , 1510–1518 (2006).
ADS CAS Google ученый
Канг, Дж., Сенанаяке, Г., Сон, Дж. И Шин, С.М. Извлечение сульфата кобальта из отработанных ионно-литиевых батарей восстановительным выщелачиванием и экстракцией растворителем с помощью Cyanex 272. Гидрометаллургия 100 , 168–171 (2010 ).
CAS Google ученый
Канг, Дж., Сон, Дж .-С., Чанг, Х., Сенанаяке, Г. и Шин, С. Получение оксида кобальта из концентрированного катодного материала отработанных ионно-литиевых батарей гидрометаллургическим методом. Adv. Порошок Технол . 21 , 175–179 (2010).
CAS Google ученый
Pagnanelli, F., Moscardini, E., Altimari, P., Abo Atia, T. & Toro, L. Кобальтовые продукты из фракций реальных отходов литий-ионных батарей с истекшим сроком службы. Управление отходами . 51 , 214–221 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Hu, C., Guo, J., Wen, J. & Peng, Y. Получение и электрохимические характеристики нано-Co 3 O 4 анодных материалов из отработанных литий-ионных аккумуляторов для литий-ионных аккумуляторов. J. Mater. Sci. Технол . 29 , 215–220 (2013).
CAS Google ученый
Паулино, Дж. Ф., Буснардо, Н. Г. и Афонсо, Дж. К. Извлечение ценных элементов из использованных литиевых батарей. J. Hazard.Mater . 150 , 843–849 (2008).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Gao, W. et al. Извлечение карбоната лития из катодного лома отработанных литий-ионных аккумуляторов: замкнутый процесс. Environ. Sci. Технол . 51 , 1662–1669 (2017).
ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Yang, Y. et al. Замкнутый процесс селективного извлечения металлов из отработанных литий-железо-фосфатных батарей путем механохимической активации. САУ Sustain. Chem. Eng . 5 , 9972–9980 (2017).
CAS Google ученый
Wang, M.-M., Zhang, C.-C. И Чжан, Ф.-С. Безвредный для окружающей среды процесс восстановления кобальта и лития из отработанных литий-ионных аккумуляторов механохимическим методом. Управление отходами . 51 , 239–244 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Wang, M.-M., Zhang, C.-C. И Чжан, Ф.-С. Переработка отработанного литий-ионного аккумулятора поливинилхлоридом механохимическим способом. Управление отходами . 67 , 232–239 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Natarajan, S., Anantharaj, S., Tayade, R.J., Bajaj, H.C. & Kundu, S. Восстановленная шпинель MnCo 2 O 4 из отработанных литий-ионных батарей для увеличения электрокаталитического выделения кислорода в щелочной среде. Дальтон Транс . 46 , 14382–14392 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Xi, G., Zhao, T., Wang, L., Dun, C. & Zhang, Y. Влияние легирования редкоземельных элементов на магнитострикционные характеристики CoFe 2 O 4 , приготовленных из отработанных Литий-ионные аккумуляторы. Physica B 534 , 76–82 (2018).
ADS CAS Google ученый
Moura, M. N. et al. Синтез, характеристика и фотокаталитические свойства наноструктурированного CoFe 2 O 4 , переработанного из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Химия 182 , 339–347 (2017).
ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Ли, Дж., Чжао, Р., Хе, X. и Лю, Х. Получение катодных материалов LiCoO 2 из отработанных литий-ионных батарей. Ionics 15 , 111–113 (2009).
Google ученый
Zou, H., Gratz, E., Apelian, D. & Wang, Y. Новый метод переработки смешанных катодных материалов для литий-ионных батарей. Грин Хим . 15 , 1183–1191 (2013). Процесс элегантно разработан для удаления примесей и легко настраивается для синтеза катодных материалов текущего поколения .
CAS Google ученый
Sa, Q. et al. Синтез различных LiNi x Mn y Co z O 2 катодных материалов из потока восстановления литий-ионных батарей. J. Sustain. Металл . 2 , 248–256 (2016).
Google ученый
Ян, Ю., Сюй, С., Хэ, Ю.Рециркуляция лития и регенерация катодного материала из щелока кислотного выщелачивания отработанной литий-ионной батареи с помощью простых процессов совместной экстракции и соосаждения. Управление отходами . 64 , 219–227 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Li, L. et al. Устойчивое восстановление катодных материалов из отработанных литий-ионных батарей с использованием системы выщелачивания молочной кислоты. ACS Sustain. Chem.Eng . 5 , 5224–5233 (2017).
CAS Google ученый
Liu, Y. & Liu, M. Воспроизведение литиевой батареи LiNi x Mn y Co 1- x — y O 2 Материал положительного электрода от утилизации отработанных аккумуляторов. Внутр. J. Hydrogen Energy 42 , 18189–18195 (2017).
CAS Google ученый
Nithya, C., Thirunakaran, R., Sivashanmugam, A. & Gopukumar, S. Высокопроизводительный LiMg x Cu y Co 1– x — y O 2 катодный материал для литиевых аккумуляторных батарей. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 4 , 4040–4046 (2012).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Ши, Ю., Чен, Г., Liu, F., Yue, X. & Chen, Z. Устранение дефектов состава и структуры деградированного LiNi x Co y Mn z O 2 частиц для непосредственной регенерации высоких -работоспособность катодов литий-ионных аккумуляторов. САУ Energy Lett . 3 , 1683–1692 (2018). В этом документе подчеркивается важность прямой переработки для получения экономической выгоды от ресурса .
CAS Google ученый
Данн, Дж. Б., Гейнс, Л., Салливан, Дж. И Ван, М. К. Влияние вторичной переработки на энергопотребление и выбросы парниковых газов автомобильных литий-ионных аккумуляторов. Environ. Sci. Технол . 46 , 12704–12710 (2012). Этот документ был одним из первых, в котором сообщалось об экологических нагрузках, связанных с производством материалов, сборкой и переработкой автомобильных LIB в гибридных электрических, подключаемых гибридных электрических транспортных средствах и электромобилях с аккумулятором .
ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Sabisch, J. E. C., Anapolsky, A., Liu, G. & Minor, A. M. Оценка использования предварительно литиированного графита из переработанных литий-ионных батарей для новых анодов LiB. Ресурс. Консерв. Переработка 129 , 129–134 (2018). В то время как большинство работ посвящено вторичной переработке ценных катодных материалов, здесь исследуется прямая переработка анодного материала .
Google ученый
От редакции. Утилизируйте использованные батареи. Nat. Энергетика 4 , 253 (2019).
Клеменс О. и Слейтер П. Р. Топохимические модификации смешанных соединений оксидов металлов низкотемпературными способами фторирования. Rev. Inorg. Chem . 33 , https://doi.org/10.1515/revic-2013-0002 (2013).
Болли, К., Гегуэн, А., Мендес, М. А. и Берг, Э. Дж. Операндо, мониторинг образования F в литий-ионных батареях. Chem. Mater . 31 , 1258–1267 (2019). В этой статье предполагается, что связующее (ПВДФ) также может способствовать разложению клеток и должно приниматься во внимание при разработке будущих методологий переработки .
CAS Google ученый
Карими, Г. Р., Роусон, Н. А. и Хьюитт, К. Дж. Биовыщелачивание меди путем окисления железа из халькопирита при повышенных температурах. Food Bioprod. Процесс . 88 , 21–25 (2010).
CAS Google ученый
Смит, С. Л., Грааль, Б. М. и Джонсон, Д. Б. Восстановительная биопереработка кобальтсодержащих лимонитовых латеритов. Шахтер. Eng . 106 , 86–90 (2017).
CAS Google ученый
Хор, Н. Б., Мусави, С. М. и Шоджаосадати, С. А. Биовыщелачивание ценных металлов из отработанных литий-ионных батарей мобильных телефонов с использованием Aspergillus niger . J. Источники энергии 320 , 257–266 (2016).
ADS CAS Google ученый
Xin, Y. et al. Биовыщелачивание ценных металлов Li, Co, Ni и Mn из отработавших литий-ионных аккумуляторов электромобилей с целью их рекуперации. J. Clean. Прод . 116 , 249–258 (2016).
CAS Google ученый
Mishra, D., Kim, D.-J., Ralph, D.E., Ahn, J.-G. И Ри, Ю.-Х. Биовыщелачивание металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторных батарей с использованием Acidithiobacillus ferrooxidans . Управление отходами . 28 , 333–338 (2008).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Поллманн, К., Рафф, Дж., Мерроун, М., Фахми, К. и Селенска-Побелл, С. Связывание металлов бактериями из отвалов урановых рудников и его технологические применения. Biotechnol. Adv . 24 , 58–68 (2006).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Macaskie, L.E. et al. Сегодняшние отходы, завтрашние материалы для защиты окружающей среды. Гидрометаллургия 104 , 483–487 (2010).
CAS Google ученый
Ciez, R. E. & Whitacre, J. F. Изучение различных процессов переработки литий-ионных батарей. Nat. Поддерживать. 2 , 148–156 (2019).
CAS Google ученый
Будущий спрос на материалы для автомобильных литиевых батарей
Обзор модели
Мы разрабатываем модель динамического анализа материальных потоков (MFA), которая является часто используемым подходом для анализа запасов и потоков материалов 47 .Наша основанная на запасах модель MFA оценивает будущий спрос на материалы для аккумуляторов электромобилей, а также на материалы EoL, доступные для переработки. Он состоит из слоя электромобиля, слоя батареи и слоя материала и рассматривает ключевые технические и социально-экономические параметры на трех уровнях (дополнительный рисунок 1). Слой электромобилей моделирует будущее развитие парка электромобилей до 2050 года, а также требуемую емкость аккумулятора. Затем запас электромобилей определяет запас аккумуляторов, который, в свою очередь, определяет приток аккумуляторов и, учитывая их распределение по сроку службы (см. Дополнительный метод 1), отток аккумуляторов EoL (см. Дополнительный метод 2).Уровень батарей учитывает будущие разработки в области химии батарей и рыночные доли. Слой материала моделирует химический состав материалов батарей с использованием модели BatPaC 48 . Судьба аккумуляторов EoL моделируется с учетом трех сценариев рециркуляции и сценария вторичного использования, которые определяют доступность материала для рециркуляции с обратной связью. Слои и параметры модели описаны ниже.
Сценарии парка электромобилей и требуемая емкость аккумулятора
Прогнозы развития парка электромобилей различаются, но в большинстве исследований прогнозируется существенное проникновение электромобилей на рынок легковых автомобилей (LDV) в будущем (дополнительный рис.2). Мы используем два сценария развития парка электромобилей МЭА до 2030 года: сценарий заявленной политики (STEP) и сценарий устойчивого развития (SD) 3 (и оцениваем годовой запас электромобилей на основе эквивалентных сценариев МЭА 2019 49 , см. Дополнительный рис.21). Затем мы экстраполируем проникновение электромобилей до 2050 года с использованием логистической модели (см. Дополнительные рисунки 22) 50 на основе целевого проникновения электромобилей на рынок LDV в 2050 году, составляющего 25% в сценарии STEP и 50% в сценарии SD. (что соответствует другим прогнозам EV, как показано на дополнительном рис.2). Чтобы оценить будущий парк электромобилей до 2050 года, мы также предполагаем линейный рост глобального парка LDV с 503 миллионов автомобилей в 2019 году до 3,9 миллиарда автомобилей в 2050 году, что соответствует прогнозу Fuel Freedom Foundation 51 . Глобальных прогнозов будущего развития акций BEV и PHEV не было. Чтобы оценить будущие доли BEV и PHEV в запасе электромобилей, мы предположили, что глобальная доля BEV увеличивается так же, как доля BEV в США, прогнозируемая Управлением энергетической информации США 52 , но начиная с уровней 2030 года. Сценарии STEP и SD (т.е. с 66% в 2030 году до 71% в 2050 году в сценарии STEP и с 70% в 2030 году до 75% в 2050 году в сценарии SD, см. дополнительный рисунок 23).
Мы классифицируем модели электромобилей по трем рыночным сегментам (малые, средние и большие автомобили как для BEV, так и для PHEV) на основе классов размеров транспортных средств, используемых в Руководстве по экономии топлива EPA (см. Дополнительную таблицу 13) 53 и собирать данные о мировых продажах каждой модели электромобиля из базы данных Marklines 54 . Мы используем распределение совокупных продаж до 2019 года, чтобы представить доли рынка продаж электромобилей среди малых, средних и крупных сегментов (дополнительные рисунки 24 и 25).В результате мы получили 19, 48 и 34% для малых, средних и больших автомобилей для BEV и 23, 45 и 32% для PHEV. Мы предполагаем, что доля рынка продаж электромобилей останется неизменной; тем не менее, анализ чувствительности проводится для получения верхней и нижней границ требований к материалам, если все транспортные средства были с большим BEV или маленьким PHEV (см. анализ чувствительности).
Мы собираем данные о запасе хода, топливной экономичности и мощности двигателя каждой модели электромобиля из Центра данных Advanced Fuels Министерства энергетики США 55 и рассчитываем средневзвешенный диапазон продаж, экономию топлива и мощность двигателя для трех рыночных сегментов как для BEV, так и для PHEV (дополнительные таблицы 1 и 2).Предполагая, что 85% доступной емкости батареи для управления электромобилями на основе модели BatPaC 48 , мы получаем 33, 66 и 100 кВтч для малых, средних и больших BEV (см. Дополнительную таблицу 2 для PHEV).
Было установлено, что продолжительность жизни легковых автомобилей в странах со средней продолжительностью жизни около 15 лет составляет от 9 до 23 лет. 56 . Срок службы электромобиля зависит от поведения потребителей, технического срока службы (см. Следующий раздел) и других факторов. Здесь мы используем распределение Вейбулла 57 для моделирования срока службы электромобиля, предполагая, что минимальная, максимальная и наиболее вероятная продолжительность жизни электромобилей составляет 1, 20 и 15 лет соответственно (см. Дополнительный рис.6). Мы не рассматриваем возможность восстановления аккумуляторов и их повторного использования с одного электромобиля на другой из-за снижения производительности, технической совместимости и принятия потребителями.
Сценарии химического состава аккумуляторов и рыночные доли
Хотя для снижения стоимости и повышения производительности были разработаны различные химические составы аккумуляторов для электромобилей, текущие основные планы развития аккумуляторов в США 58 , ЕС 25 , Германии 59 и Китае 60 сосредоточены на разработке катодного материала с учетом высокоэнергетического NCM (переход к низкому содержанию кобальта и высокого содержания никеля) и химии на основе NCA как вероятного следующего поколения LIB для электромобилей в следующем десятилетии, а также разработке материала анода с учетом добавления Si в графитовый анод.Это также отражено в коммерческой деятельности производителей аккумуляторов (например, LG Chem или CATL) 61 и прогнозах доли рынка до 2030 года компанией Avicenne Energy 17 , которые мы используем в этом исследовании. Мы предполагаем, что батареи NCM продолжат снижать содержание кобальта и увеличивать содержание никеля после 2030 года, и составляем сценарий NCX (где X представляет либо Al, либо Mn) до 2050 года (включая восемь химических составов, см. Дополнительную таблицу 14). В сценарии NCX мы предполагаем, что NCM955 (90% никеля, 5% кобальта, 5% марганца) вводятся в 2030 году 18 и постепенно заменяют другие предыдущие химические продукты пропорционально, чтобы достичь рыночной доли в одну треть к 2050 году (т.е. предполагается, что рыночные доли батарей NCM111, NCM523, NCM622, NCM622-Graphite (Si), NCM811-Graphite (Si), NCA и LFP пропорционально уменьшатся после 2030 года, см. рис. 2b).
Будущие разработки в области химии аккумуляторов после 2030 года не определены, но возможный химический состав аккумуляторов, помимо аккумуляторов NCM и NCA, включает уже существующие аккумуляторы LFP 21,62 , а также литий-металлические твердотельные аккумуляторы большой емкости, такие как Li -S и Li-Air 23,25 . Поэтому мы включаем два дополнительных сценария «что, если» рядом со сценарием NCX: сценарий LFP и сценарий Li-S / Air.В сценарии LFP предполагается, что рыночная доля LFP-химии будет линейно увеличиваться с примерно 30% в 2019 году до 60% к 2030 году и останется на этом уровне до 2050 года (т. Е. Другие батареи потеряли долю рынка пропорционально по сравнению со сценарием NCX, см. Рис. 2б). В сценарии Li-S / Li-Air мы предполагаем, что Li-S и Li-Air батареи будут коммерчески доступны в 2030 году на основе коммерческих планов Li-S от OXIS Energy 63 и Li-Air от Samsung Electronics 64 , а затем они получат линейно увеличивающуюся долю рынка до 30% каждая (всего 60%) к 2040 году и сохранят эту долю до 2050 года (батареи NCA и NCM поставляют остальную часть рынка в исторической пропорции, см.рис.2б).
На реальный срок службы батарей влияют дополнительные факторы, которые здесь не моделируются, такие как температура окружающей среды, глубина и скорость заряда и разряда, циклы движения 65 . Мы используем технический срок службы аккумуляторов. До 2020 года мы предполагаем, что срок службы аккумуляторов, скорее всего, составит 8 лет (на основе гарантии на аккумуляторы производителей электромобилей) 66 , что меньше срока службы электромобиля (дополнительная таблица 15). Мы предполагаем, что до 2020 г. уровень замены батарей для электромобилей будет составлять 50% (т.е. для одного электромобиля в среднем требуется 1,5 аккумуляторных блока). Программы исследования аккумуляторов в США 58 , ЕС 25 и Китае 60 включают цели по увеличению срока службы аккумуляторов, поэтому мы предполагаем, что после 2020 года аккумуляторы будут иметь такое же распределение срока службы, что и электромобили, и не заменять их. требуются батареи (дополнительная таблица 16). Обратите внимание, что мы предполагаем более длительный срок службы батарей LFP (в среднем 20 лет) (дополнительный рис. 6), что приводит к более высокому потенциалу повторного использования, чем для других типов батарей.
Состав материала аккумулятора
Состав материала аккумулятора рассчитывается с использованием модели BatPaC версии 3.1 48 в зависимости от 2 типов электромобилей (BEV или PHEV), 3 сегментов рынка электромобилей (малый, средний и большие автомобили) и 8 химических составов аккумуляторов (LFP, NCA, NCM11, NCM523, NCM622, NCM622-Графит (Si), NCM811-Графит (Si), NCM955-Графит (Si)), что дает 48 уникальных химических составов аккумуляторов. Входные параметры включают в себя диапазон электромобилей, экономию топлива и мощность двигателя, которые определяют требуемую мощность каждого типа электромобиля и сегмента рынка (дополнительные таблицы 1 и 2), а также химический состав батареи и другие параметры (например, конструкция аккумуляторных модулей и элементов компоненты), для которых мы используем значения по умолчанию в модели BatPaC.Чтобы рассчитать химический состав материалов батарей, которых нет в BatPaC (например, NCM523, NCM622-Graphite (Si), NCM811-Graphite (Si), NCM955-Graphite (Si)), мы используем наиболее подходящий химический состав батарей в BatPaC. в качестве основы, а затем адаптировать технические параметры, такие как содержание Ni, Co, Mn в активном материале положительной полярности и содержание Si и графита в активном материале отрицательной полярности, на основе стехиометрии, а также емкости активного материала (дополнительные таблицы 17–19) и напряжение холостого хода (см. дополнительную таблицу 20 и примечание 1).
Для химического состава Li-S и Li-Air мы провели обзор литературы по удельной энергии и составу материалов Li-S и Li-Air элементов (дополнительные таблицы 21 и 22), а затем масштабировали их линейно для соответствия требуемой батарее. мощности для каждого типа электромобиля и сегмента рынка (дополнительное примечание 2). Предполагается, что компоненты упаковки Li-S и Li-Air основаны на конфигурациях упаковки химии NCA (то есть одинаковое весовое соотношение между компонентами ячейки и компонентами упаковки). В дополнительной таблице 23 показаны составы материалов, использованные в этой статье.
Сценарии утилизации
Утилизация батарей EoL обеспечивает вторичный запас материалов. Здесь мы предполагаем 100% уровень сбора и исследуем влияние эффективности рециркуляции трех сценариев рециркуляции (см. Дополнительную таблицу 24) на спрос на первичные материалы, включая количество рекуперированных материалов и некоторое обсуждение качества рециркулируемых материалов. Потребность в первичных материалах при отсутствии сбора и переработки батарей EoL учитывается сценарием «без рециркуляции» (рис.4). В настоящее время коммерциализированные технологии переработки включают пирометаллургическую (пиро) и гидрометаллургическую (гидро) переработку. Прямой рециклинг находится в стадии разработки для катодно-катодного рециклинга. Для аккумуляторов NCX и LFP, пиро-, гидро- и прямая переработка предполагается в трех сценариях переработки, соответственно, в то время как механическая переработка предполагается для Li-S и Li-Air аккумуляторов во всех трех сценариях. Технологии переработки различаются по переработанным материалам, химическим формам, эффективности рекуперации и экономическим перспективам 46,67,68 (рис.5).
Рассматриваемый нами сценарий пирометаллургической переработки представляет собой гибридный процесс пирометаллургии и гидроэнергетики. После подачи разобранных аккумуляторных модулей и / или ячеек в плавильную печь графит сгорает, алюминий и литий попадают в шлак, а никель, кобальт и медь — в штейн. После выщелачивания штейна ион меди извлекается в виде металлической меди путем электровыделения, а ионы никеля и кобальта извлекаются в виде соединений никеля и кобальта аккумуляторного качества путем экстракции или осаждения растворителем.Литий в шлаке можно очистить для получения соединений лития, пригодных для аккумуляторных батарей, но это экономически выгодно только при высокой цене на литий и масштабной переработке. Технически алюминий из шлака также может быть регенерирован, но это неэкономично и не рассматривается компаниями по переработке пиролиза (шлак может использоваться, например, в качестве заполнителя в строительном материале).
Сценарий гидрометаллургической переработки начинается с измельчения разобранных модулей и / или ячеек. Затем измельченный материал проходит ряд этапов физического разделения для сортировки материалов на катодный порошок, анодный порошок и смешанные обрезки алюминия и меди.В зависимости от цен на металлолом смешанный алюминиевый и медный лом может быть разделен на алюминиевый и медный лом. Медные отходы могут быть снова включены в цепочку поставок аккумуляторов с минимальной обработкой (например, переплавкой). Рециркуляция алюминия по замкнутому циклу является более сложной задачей, поскольку восстановленные алюминиевые отходы представляют собой смесь различных алюминиевых сплавов (например, из токоприемника и корпуса), и поэтому Al, как правило, перерабатывается. Рециркуляция алюминия с замкнутым циклом потребует отделения алюминиевого сплава до или во время процесса рециркуляции, что может быть или не быть экономичным 69 .Катодный порошок впоследствии выщелачивают кислотой, при этом никель, кобальт и марганец выщелачиваются в виде ионов и восстанавливаются в виде соединений аккумуляторного качества после экстракции растворителем и осаждения. Литий попадает в твердые отходы, которые также можно использовать в качестве строительных материалов. Как и в случае рециркуляции пиролиза, литий из твердых отходов может быть регенерирован в виде соединения, пригодного для использования в батареях, но экономическая целесообразность зависит от цены на литий. Порошок анода, извлеченный с помощью гидросистемы, который может быть смесью графита и кремния, не является аккумуляторным.Хотя их можно улучшить до аккумуляторных, в настоящее время их экономическая жизнеспособность неясна.
Сценарий прямого рециклинга такой же, как и для гидроэнергетики, за исключением рециркуляции катодного порошка. В прямом процессе катодный порошок восстанавливается, а затем регенерируется путем взаимодействия с источником лития (повторное литиирование и модернизация). Таким образом, литий, никель, кобальт и марганец восстанавливаются как одно соединение, пригодное для использования в батареях. Поскольку рафинирование лития здесь не требуется, как в случае пиро- и гидро-, извлечение лития в прямом процессе является экономичным, по крайней мере, с точки зрения лабораторного масштаба.
Эффективность извлечения материала для пиро-, гидро- и прямого извлечения материала взята из модели EverBatt 67 , разработанной в Аргоннской национальной лаборатории (дополнительная таблица 24). Что касается механической переработки Li-S и Li-Air батарей, мы предполагаем, что в процессе извлекается только металлический литий. Предполагается, что эффективность извлечения металлического лития составляет 90%, и извлечение считается экономичным из-за относительно простого процесса и высокой стоимости извлеченного металлического лития.
Сценарии повторного использования / использования
Аккумуляторы EoL EV могут повторно использоваться для менее требовательных приложений (неавтомобильных), таких как стационарные накопители энергии, так как они часто имеют остаточную емкость около 70–80% от их первоначальной емкость 70,71 . Существуют технические препятствия (например, производительность перепрофилированных батарей) и экономическая неопределенность (стоимость перепрофилирования, включая разборку, тестирование и переупаковку), которые зависят от химического состава батареи, состояния здоровья и предполагаемого применения вторичного использования 72 , 73 .Здесь мы различаем частоту повторного использования LFP и других химикатов из-за длительного срока службы 20 и снижения вероятности каскадного отказа LFP 74 . Предполагается, что батареи LFP имеют 100% вторичное использование. По остальным химическим составам аккумуляторов мы предполагаем, что коэффициент повторного использования составит 50% до 2020 г., а в течение 2020–2050 гг. Вырастет до 75% из-за увеличения срока службы аккумуляторов электромобилей (см. Дополнительную таблицу 6). Приложения для вторичного использования варьируются от домашнего использования до интеграции в систему электроснабжения, в результате чего срок службы вторичного использования варьируется от 6 до 30 лет 75 .Мы предполагаем, что типичный срок службы 71 повторного использования составляет 10 лет, чтобы изучить влияние повторного использования на доступность материалов для вторичной переработки. Обратите внимание, что второе использование предполагает 100% повторное использование аккумуляторных модулей, в то время как компоненты пакета подлежат переработке напрямую.
Анализ чувствительности
Влияние важных факторов, таких как размер парка электромобилей и химический состав аккумуляторов, исследуется в специальных сценариях. Кроме того, мы проводим анализ чувствительности для (а) срока службы батареи, (б) требуемой емкости батареи на автомобиль, (в) проникновения на рынок химического состава аккумуляторов, не содержащих кобальта и никель, и (г) будущей удельной энергии литий-ионных аккумуляторов. Химический состав S и Li-Air (для которых были приняты консервативные числа).
- а)
Срок службы батареи имеет важное значение для количества батарей, необходимых для электромобилей. Мы проводим анализ чувствительности влияния меньшего срока службы батарей на потребность в материалах для батарей, предполагая, что также после 2020 года одному электромобилю потребуется в среднем 1,5 батареи (результаты на дополнительном рисунке 20).
- (б)
Будущие рыночные доли BEV и PHEV, а также емкость аккумуляторных батарей для электромобилей также являются ключевыми для определения количества требуемых материалов. Хотя емкость аккумулятора определяется многими факторами, такими как диапазон электромобилей, экономия топлива и конфигурации трансмиссии, мы проводим анализ чувствительности в двух экстремальных ситуациях: 100% BEV с мощностью 110 кВтч (большие внедорожники, такие как Tesla Model S Long Range Plus 37 состав материалов см. в дополнительной таблице 25) и 100% PHEV мощностью 10 кВтч (состав материалов см. в дополнительной таблице 26), чтобы изучить границы будущего спроса на материалы (см. соответствующие совокупные потребности в материалах на рис.4 и Дополнительный Рис. 11, см. Годовые результаты на Дополнительном Рис. 10).
- (c)
Аналогичным образом, мы также исследуем влияние 100% доли рынка LFP в сценарии LFP и 100% доли рынка Li-S и Li-Air в сценарии Li-S / Air (см. Дополнительный рисунок 17 и связанные с ним требования к материалам). на дополнительных рисунках 18 и 19 соответственно).
- (г)
Улучшение характеристик материалов в химическом составе аккумуляторов, особенно удельной энергии (запасенной энергии на вес), может значительно снизить потребность в материалах.Здесь мы выбрали химический состав Li-S и Li-Air в сценарии Li-S / Air, чтобы выполнить анализ чувствительности потенциального повышения удельной энергии с 400 Втч / кг до 600 Втч / кг для Li-S и с 500 Втч / кг. до 1000 Втч / кг для Li-Air (значения основаны на обзоре промышленных и лабораторных достижений, см. дополнительную таблицу 11, где указаны составы материалов и соответствующие требования к материалам на дополнительном рисунке 16).
Шесть ведущих мировых производителей лития в 2019 г.
Несколько стран доминируют на рынке лития — металла, популярность которого в последние годы выросла благодаря его использованию в аккумуляторных батареях.
Солончак Салар-де-Атакама в Чили (Источник: Wikimedia Commons / Francesco Mocellin)
Страны-производители лития в последние годы выросли на мировой арене добычи, так как интерес к серебристо-белому металлу растет вместе со спросом для электромобилей и бытовой электроники, аккумуляторные батареи которых он питает.
Но помимо использования в литий-ионных батареях, высокореактивный и легковоспламеняющийся щелочной минерал, иногда называемый «белым золотом», также используется в керамике и стекле, смазках, производстве полимеров и обработке воздуха.
Согласно последним данным Геологической службы США (USGS), мировое производство лития в 2019 году составило 77000 тонн, что на 19% меньше, чем в предыдущем году, что было результатом предыдущего перепроизводства и снижения цен на сырьевые товары.
Но с учетом того, что в ближайшие годы ожидается ускорение производства аккумуляторов, особенно с учетом того, что электромобили станут более распространенными на ключевых рынках, стремящихся обезуглерожить, интерес к металлу будет продолжать расти, и аналитики ожидают, что мировой спрос к 2024 году увеличится более чем вдвое.
В результате продолжающихся геологоразведочных работ мировые оценки запасов лития выросли до 80 миллионов тонн, значительная часть которых расположена в «литиевом треугольнике» Южной Америки — районе, охватывающем части Чили, Аргентины и Боливии.
Здесь NS Energy рассматривает наиболее активные страны-производители лития во всем мире.
Шесть крупнейших производителей лития в мире в 2019 году
1. Австралия — 42 000 тонн
Австралия, безусловно, является крупнейшим производителем лития в мире, с объемом производства 42000 тонн в 2019 году.
Добыча лития в стране происходит в основном за счет добычи сподумена в твердых породах — руды с высоким содержанием лития, а также алюминия.
Литиевый рудник Гринбушес в Западной Австралии — совместное предприятие американской компании Albermarle и китайской Tianqi Lithium — объявлен крупнейшим в мире проектом по добыче этого металла.
Хотя Австралия является крупнейшим производителем лития в мире, она занимает лишь пятое место в мире по известным запасам лития, оцениваемым в 6,3 миллиона тонн.
2. Чили — 18 000 тонн
Второе место в списке занимает Чили, на которую в 2019 году было произведено 18000 тонн лития.
Из трех стран, входящих в литиевый треугольник — Чили, Боливии и Аргентины — страна добилась наиболее успешных успехов в освоении своих огромных природных ресурсов в промышленных масштабах.
Он занимает третье место в мире по запасам металла, составляющим около девяти миллионов тонн.
Добыча лития в Чили, как и в других странах Южной Америки, в основном достигается за счет солнечного испарения огромных бассейнов с рассолом.
Соляная равнина Салар-де-Атакама является ключевым ресурсом для страны, и некоторые из ведущих мировых компаний по добыче лития открыли там свои операции, включая Albermarle и чилийскую SQM.
3. Китай — 7 500 тонн
Производство лития в Китае в 2019 году составило 7500 тонн, что немного больше, чем 7100 тонн в предыдущем году.
Страна является крупнейшим в мире потребителем лития из-за размеров отрасли по производству аккумуляторов для электромобилей и бытовой электроники.
В ближайшие годы электромобили будут стимулировать спрос на литий в качестве ключевого компонента их аккумуляторных батарей.В дополнение к своему внутреннему производству Китай — наряду с Южной Кореей и Японией — входит в число ведущих мировых импортеров лития, большая часть которого поступает из Австралийские производители.
Tianqi Lithium и Ganfeng Lithium — два крупнейших китайских производителя металла, занимающиеся добычей полезных ископаемых как внутри страны, так и за рубежом.
4. Аргентина — 6 400 тонн
Являясь частью знаменитого литиевого треугольника, Аргентина произвела 6400 тонн металла в 2019 году, заняв четвертое место в списке стран-производителей.
Южноамериканская страна также является домом для вторых по величине известных запасов в мире, при этом 17 миллионов тонн сосредоточены в обширных солончаках на северо-западе страны.
Салар дель Хомбре Муэрто является важным источником литиевых рассолов в Аргентине.
В последние годы многие компании проявили интерес к инвестированию в литиевую промышленность Аргентины, но финансовая нестабильность в стране и проблемы с поиском необходимых технических специалистов до сих пор препятствовали более быстрому прогрессу, учитывая размер ее запасов.
5. Зимбабве — 1600 тонн
Зимбабве, единственная африканская страна в этом списке, произвела 1600 тонн лития в 2019 году, что осталось на том же уровне, что и в предыдущем году.
Добыча литиевой руды в твердых породах является доминирующим методом, используемым в стране.
Рудник Бикита в провинции Масвинго на юге страны является крупнейшим действующим литиевым рудником Зимбабве и действует с 1950-х годов.
Проект Arcadia Lithium, предприятие, управляемое австралийской горнодобывающей компанией Prospect Resources, приближается к коммерческой готовности. Рудник расположен к востоку от столицы Хараре на севере Зимбабве.
Горнодобывающая промышленность вносит значительный вклад в национальную экономику Зимбабве, хотя страна исторически была лучше известна производством драгоценных металлов, таких как золото и платина, а не лития.
6. Португалия — 1200 тонн
Португалия является шестой в мире страной по производству лития и крупнейшим производителем лития среди европейских стран с объемом производства 1200 тонн в 2019 году.
Согласно данным USGS, в стране имеется около 250 000 тонн запасов лития — и 60 000 тонн, измеренных в шахтных запасах.
Литиевый проект Мина-ду-Баррозу на севере Португалии, принадлежащий британской компании Savannah Resources и управляемый ею, является самым крупным в Европе месторождением литийсодержащей сподуменовой руды.
Литий— это мощь современных технологий — по какой цене?
Эта статья опубликована в февральском выпуске журнала National Geographic за февраль 2019 года.Ранним субботним утром в Ла-Пасе Альваро Гарсия Линера, вице-президент Боливии, приветствует меня в просторном салоне у своего офиса с видом на площадь Мурильо. Приветливый седовласый 56-летний политик известен в своей стране как убежденный идеолог марксизма. Но сегодня он представляет себя капиталистическим торговцем.
Рассматриваемая смола содержит литий. Гарсиа Линера говорит о природных ресурсах своей страны одновременно фактическим и трепетным тоном. Литий, необходимый для нашего мира, работающего от батарей, также является ключом к будущему Боливии, уверяет меня вице-президент. По его прогнозам, всего через четыре года он станет «двигателем нашей экономики». Он продолжает, что выиграют все боливийцы, «вытащив их из бедности, гарантируя им стабильность в среднем классе и обучая их в научных и технологических областях, чтобы они стали частью интеллигенции в глобальной экономике.
Но, как известно вице-президенту, никакая речь о литии, поскольку экономическое спасение Боливии не будет полным, если не обратиться к источнику этого лития: Салару де Уюни. Соляная равнина площадью 4000 квадратных миль, один из самых великолепных ландшафтов страны, почти наверняка изменится — если не нанесет непоправимый ущерб — добычей полезных ископаемых под ней.
Бассейны испарения, вырезанные из Салар де Уюни, создают красочную мозаику на экспериментальной установке лития в Ллипи. Производство карбоната лития началось в 2013 году.Богатый литием рассол закачивается в бассейны с глубины 65 футов. В итоге на заводе их будет 200.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Гарсия Линера говорит об этом успокаивающе и даже с благоговением. Наклонившись очень близко, он спрашивает: «Вы были на Салар де Уюни?»
Когда я отвечаю, что скоро поеду туда, вице-президент отказывается от своей ментоловой отстраненности и, кажется, охвачен ностальгией.«Когда ты идешь в Салар, — советует он мне, — сходи туда однажды ночью. Постелите одеяло в центре Салара. Включите музыку ».
Сейчас он улыбается, но решительно: «Pink Floyd. Включите Pink Floyd. И смотри в небо ». Затем вице-президент машет рукой, показывая, что все остальное станет очевидным.
Инкауаси, «Дом инков» на языке кечуа, был островом, когда Салар был озером в доисторические времена. Остаток вулкана, он покрыт кактусами, некоторые высотой 40 футов, и окаменелыми водорослями.Извлечение лития из-под соляной равнины обязательно изменит впечатляющий пейзаж.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Поездка на целый день от самой высокой столицы мира до самой большой соляной равнины в мире — это придорожный тур по беднейшей стране Южной Америки. Из центра Ла-Паса, постоянно забитого машинами и политическими демонстрациями, дорога ведет к Эль-Альто, оплоту рабочего класса второй по величине группы коренного населения Боливии, аймара, мигрантов с высоких равнин Анд.В течение следующих семи часов маршрут неуклонно идет под гору — через деревни, где чучела потенциальных воров привязывают к деревьям в знак предупреждения, через шахтерский город Оруро — до тех пор, пока он не выровняется на высоте около 12000 футов и превратится в почти пустой участок кустарник, иногда оживляемый ламами и их гибким кузеном викунья. К вечеру равнину зевает бледное мерцание соленой квартиры.
Я добираюсь до Салара, что по-испански означает «солончак», прямо перед закатом. Около мили я проезжаю по его гладкой и твердой поверхности, пока не становится очевидной его непонятливость.Выйдя из внедорожника и охваченный скрежетом, я с сожалением прихожу к выводу, что под звездным небом не будут расстелены одеяла под триповый саундтрек Pink Floyd. Тем не менее, это зрелище галлюцинаторно: километры обесцвеченной местности, неуклонно ровной и разделенной на неопределенно трапециевидные формы, похожие на шахматную доску безумного гиганта, ее резкость подчеркивается безоблачным голубым небом и пиками Анд из красного дерева вдалеке. Мотоциклы и внедорожники несутся по бездорожью в неизвестном направлении.Кое-где одинокие существа блуждают, словно в постапокалиптическом ступоре, глядя на то, что боливийский вице-президент называет «бесконечным столом белоснежного».
Где-то вне поля зрения на краю бесконечности бульдозеры бороздят испарительные бассейны в Саларе — длинные и геометрически точные, как если бы они образовывали сеть огромных бассейнов. Сюда будут двигаться бульдозеры — как скоро, никто не может сказать с уверенностью.
Чтобы создать бассейн испарения на экспериментальном заводе по производству лития в Саларе, рабочие раскатывают листы войлока, а затем пластика.Рассол, откачиваемый из земли, испаряется и обрабатывается химикатами для получения сульфата лития.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Вот что мы знаем. Во-первых, под самой большой соляной равниной находится еще одно чудо: одно из крупнейших в мире месторождений лития, составляющее, возможно, 17 процентов от общего количества на планете. Во-вторых, используя свои запасы лития, правительство Боливии, где 40 процентов людей живут в бедности, видит выход из своего тупика неудач.И, в-третьих, этот путь, пролегающий через практически нетронутый Салар де Уюни, в то же время полностью не нанесен на карту и — для боливийцев, живущих в стране, изобилующей разграбленными дырами и обманутыми устремлениями — подозрительно знаком.
Боливия сегодня все еще прикована к своему прошлому. Первый президент страны аймара Эво Моралес, пришедший к власти в 2006 году, в своей последней инаугурационной речи упомянул о том, что «500 лет мы страдали» в результате испанского колониализма — жестокого господства порабощения и культурного искоренения, которое, тем не менее, положило конец почти двум годам. столетия назад.После этого география и плохое управление сговорились помешать его переосмыслению. Экономические перспективы Боливии ухудшились, когда она отказалась от своей береговой линии в Тихом океане в 1905 году после поражения в войне с Чили. В то время как ее соседи Бразилия и Аргентина постепенно становились более процветающими, Боливия пережила десятилетия военных переворотов и коррупции. Два основных коренного населения, кечуа и аймара, по-прежнему отнесены к статусу низшей касты правящей элитой европейского происхождения.
В общем, Боливия была страной упавшего самоуважения, скрытой враждебности и отсутствия общего понимания национальной судьбы.Между тем его экономическая история — это одна из бесконечных циклов подъемов и спадов. Хотя это распространено среди стран, зависящих от своих природных ресурсов, некоторые страны Латинской Америки, такие как Чили, умело распоряжаются своими ресурсами. Правительство Боливии, напротив, часто передавало свои права на добычу полезных ископаемых иностранным компаниям в интересах быстрой, но мимолетной прибыли. Как сказал мне вице-президент: «На протяжении всей нашей истории мы не создавали культуру, сочетающую наши необработанные активы с интеллектуальным мышлением.Это привело к образованию страны, богатой природными ресурсами и очень бедной в социальном отношении ».
Рабочие экспериментального завода по производству лития используют молотки, чтобы разбить слой соли, который периодически забивает трубы, по которым рассол с литием поступает в бассейны испарения. Засохшая соль скапливается по краям бассейнов.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Остается Боливия, среди латиноамериканских стран, странно расплывчатая, ее история не является ни знаковой, ни изменчивой.Эпизодическую роль, которую он сыграл в Butch Cassidy и Sundance Kid , можно рассматривать как метафору его полуанонимности. Боливия в этом теперь уже классическом фильме была последним сонным убежищем для двух американских грабителей банков. Очарованные Голливудом преступники символизируют что-то значительно менее романтичное в Боливии, а именно безжалостное ограбление ее ресурсов гринго из гораздо более богатых стран.
Изрешеченный пулями поезд, который, как говорят, ограбил этот дуэт, является одной из главных достопримечательностей Пулакайо, когда-то шумного шахтерского городка.Сегодня Пулакайо — город-призрак. Грандиозная резиденция немецкого горного барона Морица Хохшильда сейчас редко посещаемый музей, где представлены старинные фотографии трудностей, которые пришлось перенести его работникам, многие из которых были женщинами и детьми. Обнаруженные недавно документы показали, что Хохшильд помог тысячам евреев покинуть нацистскую Германию и переселиться в Боливию. Как сухо заметил Оскар Балливиан Чавес, боливийский геолог, «Хохшильд был Шиндлером Боливии, за исключением боливийцев».
Шахты Пулакайо были остановлены правительством в 1959 году, в результате чего шахтеры остались без работы.Ожидалось, что гибель города решит судьбу Уюни, распределительного центра добычи полезных ископаемых, расположенного в 12 милях от города. Но однажды в 1980-х годах в поисках туристического направления, которое могло бы соперничать с озером Титикака, туроператор по Ла-Пасу по имени Хуан Кесада Валда заметил Салар.
Хосе Эдмундо Арройо, строитель экспериментального завода по производству лития, заканчивает свою смену. Местное коренное население до сих пор получало лишь скромные выгоды от завода, который в основном нанимал своих квалифицированных рабочих из Ла-Паса или Потоси.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
До этого соляная равнина рассматривалась боливийцами не более чем как географическая аномалия. Согласно местному мифу, салар образовался из грудного молока и соленых слез, которые текли из вулкана Тунупа, нависшего над ним, который плакал, когда ее две дочери были похищены. Но хотя Тунупа и другие окружающие горы почитаются в преданиях коренных народов, «Салар никогда не имел культурного значения», — сказал мэр Уюни Патрисио Мендоса.«Люди боялись, что если они прогуляются по нему, они могут заблудиться и умереть от жажды, или их ламы повредят им копыта о соль».
Когда Кесада увидел Салар, он испытал откровение, сказанное его дочерью Люсией: «Вы можете найти озера где угодно. Но вы не найдете такой соляной квартиры больше нигде в мире. Он знал, что сможет продать это место ».
Архитектор по образованию, Кесада приступил к строительству первого из нескольких отелей, почти полностью построенных из соляных блоков в Колчани, деревне на восточной окраине Салара.Отважные иностранцы начали появляться, чтобы погреться в огромной бледной пустыне. В конечном итоге на нем будут устраиваться свадьбы, уроки йоги и дрэг-рейсинг. Сегодня соляные отели обычно переполнены, в то время как Уюни превратился в несколько паршивый, заполненный пиццериями курорт, переполненный туристами студенческого возраста.
«Может быть, 90 процентов нашей экономики — это туризм», — сказал Мендоса.
Все это говорит о том, что в долгой и мрачной истории экономических разочарований Боливии Салар представляет собой счастливое, хотя и скромное исключение.
Но теперь наступает будущее Боливии в форме лития.
Что означало золото для более ранних эпох и нефть для предыдущего столетия, литий может затмить в ближайшие годы. Он давно используется в лекарствах для лечения биполярных расстройств — а также в таких разнообразных изделиях, как керамика и ядерное оружие — он стал важным компонентом батарей в компьютерах, сотовых телефонах и других электронных устройствах.
Годовое потребление лития на мировом рынке составило примерно 40 000 метрических тонн (метрическая тонна составляет 2205 фунтов) в 2017 году, что составляет примерно 10-процентный рост в год с 2015 года.Между тем, с 2015 по прошлый год цены на литий выросли почти втрое, что является четким отражением того, насколько быстро растет спрос.
Это, вероятно, усилится по мере роста популярности электромобилей. По данным Goldman Sachs, одна версия Tesla Model S работает от аккумуляторной батареи, содержащей около 140 фунтов соединений лития, или эквивалент того, что содержится в 10 000 сотовых телефонах. Инвестиционная компания также прогнозирует, что каждый раз, когда продажи электромобилей заменяют определенный процент от всех проданных автомобилей, спрос на литий увеличивается на 70 000 метрических тонн в год.Учитывая, что Франция и Великобритания уже объявили, что к 2040 году запретят продажу автомобилей, работающих на бензине или дизельном топливе, может показаться очевидным, что стране, богатой литием, никогда не следует бояться бедности.
Солдат наблюдает за наблюдательным постом, который охраняет вход в экспериментальный проект по производству лития. Дорога налево ведет к заводу. Все водители должны остановиться и заполнить формы за столом перед входом на объект.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.
Хотя добыча лития существует на всех континентах, кроме Антарктиды, до трех четвертей известных запасов лития находится на плато Альтиплано-Пуна, протяженностью 1100 миль в Андах. Отложения соляных пластов сосредоточены в Чили, Аргентине и Боливии, известной как «Литиевый треугольник». С 80-х годов прошлого века в Чили производили литий из рассола, и его Салар-де-Атакама в настоящее время является основным источником этого химического вещества в Латинской Америке. Правительство Чили было самым гостеприимным по отношению к иностранным инвесторам, а его горнодобывающий сектор, являющийся крупнейшим в мире экспортером меди, имеет обширный опыт.Аргентина также начала добывать литий из рассола в конце 1990-х годов, эксплуатируя свой Salar del Hombre Muerto.
Запасы лития в Боливии соответствуют запасам высокопродуктивного месторождения Салар-де-Атакама в Чили, но до недавнего времени их потенциал оставался неиспользованным. «В Аргентине и Чили всегда была культура государственно-частного партнерства», — сказал Балливиан, который в 1980-х годах был одним из первых геологов, изучавших литиевый потенциал Салара. «Здесь это правительство не хочет принимать частные инвестиции.Есть враждебность к капитализму ».
На пилотном заводе рабочий проверяет карбонат лития, чтобы убедиться, что он высох, последняя стадия перед упаковкой химиката в мешки для доставки. На государственном предприятии работает около 250 сотрудников, которые носят красные комбинезоны и живут в соседних сборных домах. Еще сотни работают в сфере строительства и обслуживания на заводе.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Выборы Моралеса были символически значимыми для коренного населения аймара.Но риторика и действия нового президента также оттолкнули иностранный капитал. Моралес быстро предпринял шаги по национализации нефтяной промышленности и предпринял шаги по национализации некоторых горнодобывающих предприятий.
Через два года после своего избрания, в 2008 году, Моралес и Гарсиа Линера обратили свое внимание на запасы лития в Салар-де-Уюни, как и предыдущие администрации. «Правительства других стран никогда не производили литий», — сказал Гарсиа Линера. «И они хотели воспроизвести всю схему колониальной добывающей экономики.Боливийский народ этого не хочет. И поэтому мы начали с нуля ».
С самого начала принципом работы нового правительства был «100% Estatal!» или полный контроль со стороны боливийского государства. «Мы решили, — сказал Гарсиа Линера, — что мы, боливийцы, собираемся занять Салар, изобрести собственный метод извлечения лития, а затем сотрудничать с иностранными фирмами, которые могут принести нам глобальный рынок».
«100% Estatal!» Лозунг имел дополнительный смысл, когда его произносил президент аймара.Бывает, что аймара составляют большую часть населения Салара. Заявление о том, что соляная равнина станет эпицентром экономической революции в Боливии, значило сигнализировать о том, что рабочие места и избавление от лишений наконец-то придут к коренному населению страны.
Гарсиа Линера смело пообещал, что литий Боливии будет «топливом, которое накормит мир». К 2030 году, пообещал он мне, экономика страны будет на уровне Аргентины и Чили.Моралес уверенно предсказал, что Боливия будет производить литиевые батареи к 2010 году, а электромобили к 2015 году. Эти оценки оказались неверными. Как должны были узнать Моралес и Гарсиа Линера, добыча лития — дорогостоящий и сложный процесс, требующий значительных капитальных затрат, а также технологической сложности. Для такой развивающейся страны, как Боливия, действовать в одиночку никогда нельзя. В то же время привлечение иностранной фирмы, которая добровольно уступит контроль государству, будет сложной задачей для любой нации, особенно для страны с национализирующими тенденциями.
«Вы наверняка поймете, большинство отраслей хотели бы использовать Салар», — сказал Гарсиа Линера, настаивая: «Мы говорим« нет », Салар должен полностью контролироваться боливийскими техническими специалистами. И это вызвало некоторую напряженность ».
Рабочий, строящий бассейны испарителя на литиевом заводе, отдыхает во время обеденного перерыва. Работа утомительна, но она хорошо оплачивается и связана с чувством национальной гордости за участие в построении будущего Боливии.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.
Тем не менее, полагая, что обещание запасов Салар де Уюни преодолеет любые сомнения, администрация Моралеса заявила, что к 2013 году у Боливии появится иностранный партнер для оказания помощи в промышленном производстве лития. Это тоже оказалось опрометчивым прогнозом. . Американские компании отказались. Так поступила и ведущая корейская фирма. Только в 2018 году Боливия нашла партнера: немецкую фирму ACI Systems Alemania, которая, как сообщается, инвестирует 1,3 миллиарда долларов в обмен на 49-процентную долю в предприятии.
Самое серьезное препятствие для Боливии — — научное. Производство лития аккумуляторного качества из рассола включает отделение хлорида натрия, хлорида калия и хлорида магния. Удаление этого последнего загрязнения особенно дорого. Салар получает значительно больше осадков, чем его аналоги на более низких высотах Аргентины и Чили, что может замедлить процесс испарения. Его литиевые отложения также содержат более высокое содержание магния. «Если в Чили соотношение магния 5: 1, то в Уюни 21: 1.В четыре раза больше », — сказал боливийский инженер-химик Мигель Парра. «Так что для них это намного проще. Для нас самой сложной задачей является отделение магния от лития ».
Однажды утром я встретил Парру на пилотном заводе по производству литиевой соли Ллипи в Боливии, расположенном на бывшем пастбище лам в конце длинной грунтовой дороги. Парра был операционным директором завода вскоре после начала проекта в ноябре 2008 года. Резкие ветры и сильные дожди задерживали инженеров на долгие годы, прежде чем им удалось построить 10-мильную дамбу, соединяющую завод с соляной равниной, где добывается литий.
На заводе в Брюсселе, Бельгия, рабочий осматривает литий-ионную батарею, которая используется в электрическом внедорожнике Audi e-tron. Аккумулятор с жидкостным охлаждением состоит из отдельных модулей, встроенных в пол автомобиля. Рост продаж электромобилей привел к значительному увеличению добычи лития.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Помимо крошечного экспериментального завода по производству аккумуляторов в шахтерском городке Потоси, многомиллионный завод Llipi, который начал производство лития в январе 2013 года, — это все, что правительство Моралеса может продемонстрировать в своем десятилетнем стремлении к производству лития. питал процветание.В небольшом государственном комплексе работают все боливийцы, насчитывающие около 250 человек, большинство из которых происходят не из близлежащих деревень аймара, а из Ла-Паса или Потоси. Они носят красные комбинезоны и живут рядом с заводом в сборных домах.
Директор по контролю качества Виктор Угарте провел меня по огороженному и охраняемому предприятию. Экскурсия заняла всего несколько минут. Процесс начинается с того, что рабочие сверлят твердую поверхность, пока не достигнут рассола. Затем рассол по трубопроводу направляется в бассейны, где он концентрируется путем испарения и добавляются химические вещества, вызывающие кристаллизацию сульфата лития.
Затем цистерны с растворенным сульфатом лития переправляются через дамбу на самый верхний этаж трехэтажного завода. Сначала жидкость в течение часа смешивают с известью, привезенной из Потоси. Это, как сказал мне Угарте, «самая сложная часть — это то, как мы извлекаем магний, чтобы достичь необходимого уровня чистоты».
На заводе BMW в Лейпциге, Германия, Маркус Хензель проверяет выравнивание двери i3. Это первый полностью электрический автомобиль, работающий от литий-ионного аккумулятора.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
После удаления соединений магния в виде серой пасты оставшаяся жидкость перемещается на второй этаж, где отфильтровывается сульфат кальция. В охлажденную жидкость добавляют химические вещества, чтобы создать карбонат лития, который сушат в течение двух часов и загружают в белые мешки с надписью «Carbonato de Litio». Около 20 процентов проезжают 190 миль до аккумуляторного завода в Потоси. Остальное продается различным компаниям.«Мы начали производить около двух тонн в месяц», — сказал мне Угарте, когда я приехал. «У нас сейчас до пяти тонн». (С тех пор, по словам представителей завода, они достигли 30 тонн в месяц.)
Я спросил директора по контролю качества, какова конечная производственная цель завода Llipi. «Промышленный уровень, — сказал он, — составит 15 000 тонн в год». Я попытался представить себе, как в течение ближайших пяти или около того лет это невзрачное маленькое сооружение будет стремиться достичь этой амбициозной цели, сохраняя при этом 99.Чистота 5 процентов, отраслевой стандарт для лития аккумуляторного качества.
Оглядываясь вокруг, на ум приходят и другие вопросы. Например: что Боливия намерена делать с этими внушительными серыми кучами магниевых отходов? Правительство указывает на то, что хлорид магния можно использовать для удаления льда с дорог, но трудно представить, что такое количество используется для подобного использования. В этом отношении для отделения магния от лития известь является наиболее экономически выгодным средством. Правительство Боливии утверждает, что у него есть уникальный метод обработки, который каким-то образом снизит остаточные отходы извести.Но насколько это умозрительно. По словам боливийского геолога Хуана Бенавидеса, «Воздействие на окружающую среду в Чили и Аргентине невелико. Но на самом деле мы не можем экстраполировать, потому что содержание магния в литии Боливии очень высокое. Все, что мы знаем, это то, что известь будет использоваться в больших количествах и что правила и законы по литию в Аргентине и Чили более строгие, чем в Боливии ».
«Мы очень гордимся превентивными мерами, которые мы приняли для уменьшения любого воздействия», — сказал мне Гарсиа Линера.«На самом деле они стоили нам очень много денег».
Но почти невозможно оценить, как промышленная версия его литиевого завода изменит Салар де Уюни. Одна из самых больших проблем — сколько воды потребуется для извлечения лития. Две реки, Рио-Колорадо и Рио-Гранде-де-Липес, впадают в соляную равнину. Первый достаточно тонкий, чтобы быть ручьем; последний, достаточно мелкий, чтобы перебраться вброд. И то, и другое имеет решающее значение для местных производителей киноа, из которых Боливия является вторым по величине поставщиком после Перу.Хотя правительство Боливии настаивает на том, что 90 процентов воды, которую оно использует, будет поступать из соленой воды, а не из подземных водоносных горизонтов, некоторые эксперты скептически относятся к тому, что это не повлияет на снабжение подземными водами. «Год за годом вода будет основным необходимым ресурсом», — сказал Балливиан. «Им понадобится огромное количество, больше, чем любому другому руднику в Боливии».
И, наконец, есть еще почти нетронутая поверхность самого Салара. Несмотря на то, что люди уважают его за свою, казалось бы, безграничную строгость, лишь изредка нарушаемую участками покрытых кактусами островоподобных гор, он также является рассадником чилийских фламинго.«Наш завод расположен далеко от этих заповедников», — сказал Гарсиа Линера, добавив: «Это демонстрирует нашу приверженность окружающей среде».
Несколько дюжин испарительных бассейнов, некоторые длиной более 10 футбольных полей, покоятся на солончаке, вдали от того места, где посетитель мог бы расположиться ночным лагерем звездным вечером с одеялом и грохочущим сотовым телефоном Pink Floyd. Но эти неясные углубления предназначены для того, чтобы приспособить то, что в настоящее время составляет всего лишь часть предполагаемой ежегодной эксплуатации Салара Боливией. Кроме того, как вице-министр энергетики Луис Альберто Эчазу Альварадо сказал мне: «Наше видение таково, что это долгосрочный проект.Поэтому вам нужно смешать бедный и богатый рассол, чтобы использовать весь Салар ».
«Значит, правительство всегда будет сверлить другие части?» Я спросил.
— Верно, верно, — сказал Эчазу, энергично кивая. «Всегда.»
Флаги, оставленные туристами со всего мира, развеваются на ветру на Саларе. Посетители Боливии, привлеченные ее суровой красотой, стекались в этот отдаленный регион. Туризм стал экономической опорой близлежащих городов, таких как Колчани и Уюни.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.
Когда я ехал по пыльным деревням, примыкающим к Салар-де-Уюни — Колчани, Тахуа, Чилтайко, Ллика — случайные признаки поддержки Моралеса материализовались на общественных стенах: «Evo Sí!» Но по поводу литиевого детища Моралеса жители отреагировали с утомительным скептицизмом, иногда с оттенком беспокойства.
Многие аймара в регионе работают салеро, собирают соль и продают ее перерабатывающим предприятиям. Фермер по имени Хьюго Флорес, сидящий рядом со своим наполовину заржавевшим пикапом, сказал мне: «Мы не получали никакой информации от правительства.Мы даже не знаем, что такое литий, каковы его преимущества и эффекты «. Более конкретно, член совета Тахуа по имени Сиприана Каллпа Диас сказала: «Никто в этом муниципалитете не работает над литиевым проектом. Мы думали, что здесь у наших людей будет работа, с хорошей зарплатой. Это очень обидно ». Когда я передал это мнение Парре, директор завода Llipi беспомощно пожал плечами и признал, что неквалифицированных рабочих в переработке лития мало. «Детям рекомендуется поступать в университеты и возвращаться с дипломами», — сказал он.
Пожалуй, самое яростное недовольство выразил Рикардо Агирре Тикона, председатель совета Ллики — столицы провинции Даниэль Кампос. Почти весь Салар находится в пределах провинции.
«Мы понимаем, что как только завод будет полностью запущен и заработает, это будет многомиллионный бизнес», — сказал он однажды днем в своем захламленном офисе. «Скептицизм заключается в том, получим ли мы что-нибудь из этого. В первую очередь должны получать выгоду те, где идет производство … И это не только денежные выгоды.Здесь должен быть создан факультет химических наук или стипендии, чтобы у молодых людей было будущее. Мы просим об этом уже три года. Сейчас мы просим аудиенции у президента. Его давно здесь не было.
Агирре тщательно обдумал свои следующие слова. «Боливийское население терпеливо», — сказал он. «Но в случае необходимости он примет меры, чтобы быть услышанным».
В Боливии его заявление не требует пояснений. В 1946 году население решило, что у президента Гуальберто Вильярроэля больше нет терпения, который начал трудовую реформу, но применил репрессивные меры, когда горняки выдвинули новые требования.Разгневанные боливийцы совершили набег на дворец Вильярроэля и убили его. Они повесили его тело к фонарному столбу на площади Мурильо — площади, примыкающей к дворцу, где я встречался с вице-президентом, чтобы обсудить последний план реформирования экономики Боливии.