Металлы для изготовления аккумулятора

Материалы для аккумуляторов электромобилей

В мире растет выпуск машин на электротяге. Сегодня аналитики задают вопрос — в достаточном ли количестве имеются материалы для аккумуляторов электромобилей.

Борьба за чистоту окружающей среды привела к существенному ограничению норм выбросов отработавших газов. Во многих городах уже частично ограничено движение машин с ДВС. Целый ряд стран через десяток лет запретят их использование вообще.

Выход из такой ситуации многие видят в применении электромобилей. На первый взгляд это должно решать проблему. С другой стороны, их количество вырастет многократно. В ближайшие пять лет продажи электрокаров возрастут до 7% от общего числа реализуемых авто.

К 2030 году эта цифра удвоится. К 2040 году прогнозируется рост продаж экологически чистых машин на уровне 38%. Когда эти проценты пересчитываются на реальное количество транспортных средств, возникает ряд вопросов.

Один из них — материалы для аккумуляторов электромобилей. Хватит ли их на всех автопроизводителей, ведь многие из них намерены существенно нарастить объемы выпуска.

Материалы для аккумуляторов электромобилей

Для производства литий-ионных источников питания основными составляющими являются литий, никель и кобальт. Геология утверждает, что их количество в природе ограничено. Если это так, то проблемы с их дефицитом могут возникнуть.

Какая ситуация сейчас

По данным исследовательской компании Wood Mackenzie сегодняшнее производство аккумуляторных батарей электромобилей обеспечивается материалами полностью. Особенностью ситуации является падение краткосрочных рыночных цен на литий, никель и кобальт.

Такой факт служит тормозом для их производителей увеличивать предложения на рынке. Развитие добычи задерживается, а ведь спрос на материалы для аккумуляторов электромобилей будет расти. Поэтому дефицит может возникнуть уже к 2025 году. В первую очередь это коснется кобальта и лития.

Что в перспективе

Литий является основной составляющей литий-ионного источника питания. Потребность в нем вырастет в пределах двузначного числа. К 2030 году этот элемент будет потребляться в основном на аккумуляторы для электромобилей. Цифра будет находиться в пределах 80% от общей добычи.

Кобальт не менее важен для изготовления батарей. По прогнозам Joint Research Centre проблемы с его наличием могут возникнуть уже через два года. С учетом такой ситуации автопроизводители пытаются создать аккумулятор без применения кобальта. Работы идут, но пока реальный результат не достигнут. Поэтому спрос на него, как и на другие материалы для аккумуляторов электромобилей, не снижается.

Никель

Количество этого материала по сравнению с другими в составе аккумуляторной батареи не так велико. Тем не менее, получение нужного его количества через пять лет может стать проблематичным.

Дело в том, что цены на никель низкие, что не позволяет достаточно развивать добычу. Инвестиции в развитие реализуются медленно. Иногда это строк составляет до десяти лет. Поэтому, вкладывать деньги для развития отрасли желательно уже сейчас.

Материалы для аккумуляторов электромобилей — графит и марганец

Эти материалы не станут дефицитными при любой потребности в аккумуляторных батареях для электрокаров. Страны восточной Африки в состоянии обеспечивать графитом всех потребителей с учетом перспективы их развития. Такая же ситуация в мире и с марганцем.

Автор: Сергей Морозов

Внимание! Эта статья защищается законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещается любое копирование без моего разрешения.

Источник

Металлы для изготовления аккумулятора

Автор: редакционная статья

Металлы в электромобилях

Революция в автомобильной промышленности

Сейчас в автомобильной промышленности происходит революция. Компания Tesla, доказав потребность в электромобилях, тем самым мотивировала всю отрасль двигаться в этом направлении. В этой статье мы кратко рассмотрим некоторые причины и обоснования этих волнений, а также последствия для спроса и использования металлов в будущем.
Недавние прогнозы, похоже, никого в горнодобывающем секторе не оставили равнодушными; По оценкам BHP Billiton, к 2035 году на дорогах будет 140 млн. электромобилей, международное энергетическое агентство приводит цифру в 150 млн.. Это сопоставимо с чуть более 1 200 000 сегодня и означает увеличение более чем на 11 500% за двадцать лет. И это без учета гибридов. «Шелл» также прогнозирует пиковый спрос на нефть в течение следующих 5 — 15 лет, что еще раз подтверждает оценки снижения перевозок на сжиженном топливе.

Спрос на металл

Требования к металлу для каждой модели и производителя транспортного средства могут меняться в зависимости от дизайна и производственного процесса. В современных моделях Tesla используются литий, графит, кобальт, медь, титан, алюминий и никель.

Рис.1 Tesla Model 3

Для батареи Nissan Leaf применяется марганец. Другие автомобили используют другой набор металлов, включая «редкоземельные элементы» в электронике, и стали, чтобы укрепить шасси в критических точках. Для этого не требуется каталитический нейтрализатор металла платиновой группы (PGM), поскольку нет никакого выхлопа, чтобы катализировать.

Рис.2 Nissan Leaf

Рис. 3 Батарея для Nissan Leaf

Существуют некоторые обычно используемые металлы, спрос на которые может увеличиваться по мере увеличения производства и использования электрокаров и гибридов.

Например, литий. Это критический важный компонент в современных батареях и источнике большого количества волнения в последнее время в горнодобывающем секторе. Штепсель в гибриде использует приблизительно 12 кг лития, стандартный электромобиль 22 кг и Модель S Tesla более чем 50 кг лития на автомобиль. 1%-е увеличение присутствия электрокаров на рынке повысило бы литиевый спрос на 70,000 тонн в год.

Медь. Средний автомобиль с бензиновым двигателем использует приблизительно 20 кг меди, в основном как проводное соединение. Гибрид использует 40 кг. Полностью электромобиль использует 80 кг меди (176 фунтов) за автомобиль. Есть оценочное требование на уровне 11,000,000 тонн новой меди для одного только электромобиля с потенциальным позитивным аспектом в других зеленых технологиях. Для справки весь рынок для меди для всего использования составляет только 36,000,000 тонн в год. Этот вид спроса мог потенциально принести залежи меди более низкого уровня в производство.

Никель является особенно важным компонентом в текущих проектах Tesla, где катод батареи составляет 80% никеля. Он также используется в других электрокарах в меньшей степени. По оценкам, смена 10% мирового флота на электромобили расширит рынок никеля на 20% с 2000 000 тонн в год до 2400 000 тонн в год.

Кобальт — другой критический компонент текущих батарей электромобиля. Использование варьируется производителем, но Модель S Tesla использует приблизительно 8 кг кобальта за батарею. Большая часть кобальта в мире податливо прибывает из ограниченных запасов в т.н. “Центральноафриканском Медном Поясе”, и эти запасы могут быть исчерпаны в считаные десятилетия, если требуют увеличений, как спроектировано. Ожидайте замену, если новые стабильные поставки не привлечены к производству.

Графит является критическим компонентом существующих конструкций аккумуляторных батарей и является воспринимаемой точкой затухания в некоторых прогнозах цепочки поставок. Модель Tesla S использует 54 килограмма на автомобиль, который в настоящее время поставляется из Китая. Графит не редок на любом участке. Это обычный отработанный минерал и может быть найден во многих геологических условиях. Проблема заключается в чистоте и качестве из этих источников, а в настоящее время предпочтительным источником для производителей является графит высокой чистоты, синтезированный из нефтяного кокса.
В настоящее время возможности для горнорабочих заключаются в высококачественных высокочистых гидротермальных графитовых отложениях, которые могут удовлетворять или превосходить синтезированные графитовые качества при более низкой стоимости производства и меньшем загрязнении окружающей среды. Рынок графита может вырасти на 93 000 тонн в год только на электромобилях.

Редкоземельные элементы

Редкоземельные металлы используются в мощных магнитах для двигателей постоянного тока некоторыми производителями, но Tesla использует асинхронные двигатели переменного тока, которые не используют магниты. Редкоземельные элементы будет по-прежнему иметь место в конкретных приложениях, таких как электроника и специализированное стекло, но наличие альтернатив для производителей, скорее всего, предотвратит выход из-под контроля спроса и цен.

Что ещё?

Не забываем и про алюминий. Металл, о достоинствах и способах применения которого сказано и написано уже много, часто рассматривается в качестве альтернативы стали, когда речь заходит о выборе металла для производства кузова автомобиля. Гораздо легче железа, он позволяет электромобилям значительно расширить свой ассортимент. Алюминий не редок, и влияние на спрос со стороны производителей электромобилей не ожидается в значительной степени на рынке.

Марганец используется в батареях Nissan Leaf и в Chevy Volt. Марганец не редок, и показывал низкие результаты в последнее время.

Рис. 4 Батарея для Chevy Volt

Титан — сверхтвердый металл, который используется в шасси моделей Tesla для защиты аккумулятора от повреждений.

Будущее

Как говорится в старой поговорке, необходимость является матерью изобретения. Инновации в использовании нефти заменили дорогостоящие и сокращающиеся запасы китового масла. Теперь мы заменяем транспортировку на нефтяном транспорте электромобилями. Революция EV находится в зачаточном состоянии и уже в этом списке выше мы видим замещение и альтернативные технологии, нарушающие практические и предполагаемые рыночные требования. Инновации таковы, особенно когда высокие затраты или ограниченная поставка делают поиск альтернатив необходимым. Шахтерам необходимо будет сделать свои собственные инновации, чтобы обеспечить будущую технологию своим сырьем по цене, приемлемой для производителей.

Источник

Tesla испытывает глобальную нехватку металлов для изготовления аккумуляторов

По сообщению информагентства Reuters, на днях в Вашингтоне прошла закрытая конференция с участием представителей правительства США, законодателей, юристов, добывающих компаний и ряда производителей. От правительства доклады прочли представители МИДа и Министерства энергетики. О чём шла речь? Ответом на этот вопрос может служить утечка о докладе одного из ключевых управляющих компании Tesla. Менеджер по глобальным закупкам сырья для изготовления аккумуляторов для электромобилей Tesla Сара Мэриссел (Sarah Maryssael) сообщила, что компания входит в зону критической нехватки металлов для выпуска батарей.

Для изготовления аккумуляторов Tesla, как и другие компании на этом рынке, закупают медь, никель, кобальт, литий и другие металлы. Недостатки в планировании и недофинансирование в добычу сырья привели к тому, что рынок начал ощущать дыхание дефицита. Официальный представитель Tesla, кстати, сообщила журналистам, что речь идёт о потенциальной опасности, а не о свершившемся событии. Но это только подчёркивает важность мероприятий по предотвращению опасности.

Удивительно, но в число дефицитных металлов попала также и медь, а не только кобальт и литий. За последние десятилетия в США закрыто много шахт по добыче этого металла. Между тем для изготовления электромобиля нужно в два раза больше меди, чем для изготовления машины с двигателем внутреннего сгорания. Не менее удивителен другой факт, хотя он вполне предсказуем. Согласно отчётам аналитиков BSRIA, устройства для умного дома, такие как термостаты Alphabet Nest или ассистенты Amazon Alexa, станут значительными потребителями меди. Например, если сегодня для выпуска умных устройств уходит 38 000 тонн меди, то всего через 10 лет для них потребуется уже 1,5 млн тонн этого металла.

В США, как сообщает источник, добывающие компании начали лихорадочно восстанавливать добычу меди. Также активизировалась добыча на зарубежных месторождениях, в частности в Индонезии, чем занялась компания Freeport-McMoRan Inc. Добыча кобальта ― это в основном прерогатива Демократической Республики Конго, где металл добывают в том числе с использованием детского труда. Илон Маск, кстати, называет это главной причиной того, почему Tesla предпочитает использовать в аккумуляторах никель, а не кобальт.

Есть ли перспективы преодолеть опасность дефицита? Кроме развёртывания шахт в США много надежд возлагается на Австралию. В прошлом году Австралия заключила с США предварительную договорённость о совместной разработке месторождений критически важных для США металлов. Этот проект обещает ликвидировать или смягчить опасность нехватки сырья для изготовления аккумуляторов и электроники.

Источник

Какие материалы применяются в составе аккумуляторов и батарей

В электрических батареях используются разнообразные химические элементы, добываемые из земной коры. Забавно то, что ровно такие же элементы входят в состав всех живых существ на нашей планете. Как и в живом организме, вещества для электрических батарей должны быть тщательно подобраны в нужном количестве, чтобы достичь гармоничного взаимодействия. Превышение количества всего лишь одного материала может испортить весь тонкий баланс.

Standard Range AGM	Deep Cycle Range AGM	Gellyte Range GEL
10 — 12 лет / 600 циклов	10 — 12 лет / 700 циклов	10 — 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM	для глубоких разрядов AGM	универсальная серия GEL

1. Алюминий

Алюминий (Al) представляет собой мягкий, серебристо-белый, немагнитный металл. Добытый из бокситов, он является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре после кислорода и кремния. При контакте с воздухом алюминий образует пассивирующий слой, который защищает металл от коррозии. Алюминий используется в качестве материала катода в некоторых версиях литий-ионных аккумуляторов [BU-205].

2. Ванадий

Ванадий (V) является очень твердым металлом серебристого цвета. Он был обнаружен в 1801 году в Мексике, находится в составе 65 минералов и образует устойчивый слой оксида на своей поверхности. Крупнейшими производителями ванадия являются Китай и Россия. Этот металл используется в специальных сплавах, а в сфере электрохимических источников энергии он востребован в проточной [BU-210b] конструкции аккумуляторов.

3. Железо

Железо – это наиболее распространенный по массе элемент на нашей планете. Химическое обозначение Fe происходит от латинского слова “ferrum”. Железо использовалось человечеством еще с незапамятных времен, хотя медные сплавы с более низкой температурой плавления существовали еще раньше. Чистое железо является достаточно мягким, и может быть укреплено с помощью создания сплава с углеродом. Соединения железа играют важную роль в биологии. В сфере электрических батарей железо нашло свое применение в литий-железо-фосфат-оксидной [BU-205] электрохимической системе.

Marin GEL Range	Deep Cycle GEL Range	Solar GEL Range
10 — 12 лет / 800 циклов	10 — 12 лет / 800 циклов	10 — 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров	для глубоких циклических разрядов	для солнечных электростанций

4. Кадмий

Кадмий (Cd) является мягким синевато-белым металлом. Обнаруженный в 1817 году в Германии, кадмий являлся побочным продуктом при производстве цинка, и использовался в основном как добавка к стали для предотвращения коррозии. Сейчас кадмий используется как материал для анода в никель-кадмиевых батареях [BU-203], но так как он является токсичным материалом, во многих странах его использование запрещено.

5. Кальций

Кальций – это мягкий металл щелочной группы серого цвета. Его химическое обозначение — Са. Он был обнаружен английским химиком Хэмпфри Дэви в 1808 году. Это пятый самый распространенный по массе элемент в земной коре; он играет важнейшую роль для живых организмов, так как отвечает за формирование таких органов как кости, зубы и раковины. Кальций повышает производительность и механическую прочность свинцовых пластин в свинцово-кислотных электрических батареях.

6. Марганец

Марганец (Mn) добывается вместе с железом и другими полезными ископаемыми. Он назван в честь древнегреческого города Магнесия, возле которого был найден черный минерал, содержащий этот металл. Марганец используется для предотвращения коррозии железа, а также служит в качестве катодного материала для литий-ионной [BU-205], угольно-цинковой [BU-106] и щелочной [BU-106] электрохимических схем.

7. Натрий

Натрий (Na) — мягкий, серебристый, химически активный металл, который принадлежит к группе шести элементов с одним электроном на внешней оболочке. Теряя электрон, атом натрия становится положительно заряженным. Натрий является шестым самым распространенным элементом в земной коре, но доступен лишь в виде соединений. Он впервые был выделен Хэмпфри Дэви в 1807 году путем электролиза гидроксида натрия. Соединения натрия используются в производстве мыла и антиобледенительных веществ, но самым знаковым его применением является использование хлорида натрия, или по простому — кухонной соли. Натрий также является очень важным элементом для всех живых существ и растений. В сфере электрических батарей натрий используется в серно-натриевых [BU-210a] батареях.

Источник