《自然》雜志日前發(fā)表署名Davide Castelvecchi的文章，題目是：Electric cars and batteries: how will the world produce enough?

（世界將如何為電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)足夠的電池？）

電動(dòng)汽車(chē)的時(shí)代即將來(lái)臨。今年早些時(shí)候，美國(guó)汽車(chē)巨頭通用汽車(chē)（GeneralMotors）宣布，其目標(biāo)是在2035年前停止銷(xiāo)售汽油動(dòng)力和柴油動(dòng)力車(chē)型。總部位于德國(guó)的奧迪（Audi）計(jì)劃在2033年前停止生產(chǎn)此類(lèi)車(chē)輛。許多其他汽車(chē)跨國(guó)公司也發(fā)布了類(lèi)似的路線圖。根據(jù)倫敦的BloombergNEF（BNEF）咨詢(xún)公司的數(shù)據(jù)，即使沒(méi)有新的政策或法規(guī)，2035年全球乘用車(chē)銷(xiāo)量的一半將是電動(dòng)汽車(chē)。



國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）認(rèn)為這一轉(zhuǎn)型標(biāo)志著交通部門(mén)“從燃料密集型能源系統(tǒng)向物質(zhì)密集型能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變”。面對(duì)一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)主導(dǎo)的世界，材料科學(xué)家們正在研究?jī)纱筇魬?zhàn)。一是如何減少電池中稀有、昂貴或有污染的金屬，因?yàn)殡姵氐拈_(kāi)采會(huì)帶來(lái)惡劣的環(huán)境和社會(huì)成本。另一個(gè)目標(biāo)是改善電池回收，使廢舊汽車(chē)電池中的貴重金屬能夠有效地再利用。

研究人員面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是減少電動(dòng)汽車(chē)電池需要開(kāi)采的金屬量。根據(jù)美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，一輛車(chē)的鋰離子電池組（NMC532類(lèi)型）含有約8千克鋰、35千克鎳、20千克錳和14千克鈷。鋰離子電池的成本急劇下降，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，鋰離子電池仍將是主導(dǎo)技術(shù)。B專(zhuān)家預(yù)計(jì)2023年鋰離子電動(dòng)汽車(chē)電池組的成本將降至每千瓦時(shí)100美元以下，比今天低約20%。因此，電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)該在2025年左右達(dá)到與燃油汽車(chē)價(jià)格平價(jià)。


鋰本身并不稀缺。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（US Geological Survey）的數(shù)據(jù)，目前的金屬儲(chǔ)量為2100萬(wàn)噸，足以將電動(dòng)汽車(chē)使用到本世紀(jì)中葉。儲(chǔ)量是一個(gè)可延展的概念，因?yàn)樗鼈兇砹艘援?dāng)前價(jià)格和當(dāng)前技術(shù)和監(jiān)管要求經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的資源量。對(duì)于大多數(shù)資源來(lái)說(shuō)，如果需求增加，儲(chǔ)量最終也會(huì)增加。

但是鋰開(kāi)采的增加也帶來(lái)了其自身的環(huán)境問(wèn)題：目前的開(kāi)采形式需要大量的能源（用于從巖石中提取鋰）或水（用于從鹵水中提取）。但更現(xiàn)代的從地?zé)崴刑崛′嚨募夹g(shù)，利用地?zé)崮軄?lái)驅(qū)動(dòng)這個(gè)過(guò)程，被認(rèn)為是更為良性的。研究人員更擔(dān)心鈷的供應(yīng)，它是目前電動(dòng)汽車(chē)電池中最有價(jià)值的成分。全球供應(yīng)量的三分之二在剛果民主共和國(guó)開(kāi)采。與其他重金屬一樣，如果處理不當(dāng)，鈷也是有毒的。而鎳，電動(dòng)汽車(chē)電池的另一個(gè)主要成分，也可能面臨短缺。

為了解決原材料的問(wèn)題，一些實(shí)驗(yàn)室一直在試驗(yàn)低鈷或無(wú)鈷陰極。但陰極材料必須精心設(shè)計(jì)，以使其晶體結(jié)構(gòu)不會(huì)破裂。完全放棄鈷通常會(huì)降低電池的能量密度，因?yàn)樗淖兞岁帢O的晶體結(jié)構(gòu)和鋰的結(jié)合程度。世界各地的其他實(shí)驗(yàn)室正在研究無(wú)鈷電池，特斯拉計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)消除電池中的鈷。鎳雖然不如鈷貴，但也不便宜。研究人員也希望將其移除。一種方法是采用稱(chēng)為無(wú)序巖鹽的材料。與傳統(tǒng)的陰極材料不同，無(wú)序巖鹽不需要鈷或鎳在該過(guò)程中保持穩(wěn)定，可以用廉價(jià)且豐富的錳制成。

回收舊電池中的金屬是另一個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)橹饕牟牧?，特別是鋰，在目前條件下開(kāi)采比回收更便宜。在一個(gè)典型的回收工廠中，電池首先被粉碎，然后將電池變成所有使用材料的粉末混合物。然后，通過(guò)在冶煉廠液化（火法冶金）或在酸中溶解（濕法冶金），將混合物分解為元素成分，最后金屬以鹽的形式從溶液中沉淀出來(lái)。研究工作的重點(diǎn)是改進(jìn)工藝，使回收鋰具有經(jīng)濟(jì)吸引力?？偛课挥诜鹕降膹V東布倫普（Guangdong Brunp）——中國(guó)最大的鋰離子電池制造商CATL的子公司——每年可以回收12萬(wàn)噸電池。這相當(dāng)于20多萬(wàn)輛汽車(chē)所使用的鋰、鈷和鎳，該公司能夠回收大部分鋰、鈷和鎳。

歐盟委員會(huì)提出了嚴(yán)格的電池回收要求，可從2023年開(kāi)始逐步實(shí)施。與此同時(shí)，美國(guó)拜登政府希望花費(fèi)數(shù)十億美元培育國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)電池制造業(yè)并支持回收利用，但除了現(xiàn)有立法將電池列為必須安全處置的危險(xiǎn)廢物外，還沒(méi)有提出其他法規(guī)。一些北美初創(chuàng)公司表示，他們已經(jīng)可以回收電池的大部分金屬，包括鋰，成本與開(kāi)采成本相當(dāng)。