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锰或成为大众市场电动汽车所需要的材料
作者: 来源:IEEE电气电子工程师学会    发布于:2022-05-23 16:32:17    文字:【】【】【
大多数汽车制造商都“渴望着”向全世界用户出售电动汽车。但他们面临着我们全球变暖时代的挑战:电池和生产电池所需的合乎道德的原材料供应持续紧张。
  
  特斯拉(Tesla)和大众(Volkswagen)等汽车制造商认为元素周期表上的第25号元素锰是最新的、诱人的金属材料,锰元素位于铬和铁之间,或可能使电池和电动汽车对主流买家来说足够实惠。
  
  尽管从2011年开始,第一辆(也是唯一一辆)使用高锰电池的电动汽车(日产Leaf)的历史令人沮丧。但由于该行业需要其所能获得的所有电池,改进后的高锰电池可能会占据一席之地,可能是介于磷酸铁锂化学电池和顶级豪华和高性能车型中的primo富镍电池之间的中等价位选择。
  
  当被问及对电池中石墨烯的看法时,ElonMusk在柏林特斯拉Gigafactory的开幕式上表示:“我认为锰有一个有趣的潜力。”关于原材料,他强调了目前工业界正在从钴转向镍的趋势:“我们最终需要数千万吨,也许是数亿吨。所以生产这些电池所用的材料必须是普通材料,否则就无法扩大规模,”Musk说。
  
  在3月的大众汽车直播的“PowerDay”上,CEOHerbertDiess宣布,大众将在2030年前在欧洲建立六个千兆工厂,总产能为240千兆瓦时。大众已经在田纳西州和中国建立了电动汽车工厂。尽管大众的电动汽车在欧洲的销量超过了特斯拉,但它仍面临着来自特斯拉等激烈竞争压力。这家全球巨头决心将入门级车型的电池成本削减一半,中等价位汽车的电池成本削减30%。
  
  为了实现这一目标,大众推出了一款多功能的“统一电池”,可以在标准化的棱柱形设计中使用多种化学物质。Diess表示,大众80%的新型棱柱形电池将摒弃昂贵的镍和钴,转而采用更便宜、更丰富的正极材料,包括潜在考虑的锰。
  
  为什么是锰?这一切都取决于Musk和其他专家所说的加速电动汽车革命的迫在眉睫的限制因素:电池生产及其原材料开采和加工的滞后速度。
  
  作为一种阴极材料,锰是丰富、安全和稳定的。但它从来没有接近富镍电池的能量密度或生命周期。早期日产Leafs电动车采用的锰电池组只带来了24千瓦时的存储量和117公里(73英里)的行驶里程。即使是这种微不足道的存储和续航能力也迅速下降,特别是在美国西南部和其他炎热的气候条件下,让客户非常不满意。
  
  在柏林,Musk表示,世界将需要300兆瓦时的电池年产量,以实现从化石燃料汽车的全面过渡。这是特斯拉预计到2030年其产量的100倍,即使它自己大规模扩大产能。尽管目前有无与伦比的能量密度和性能,但仅靠富镍电池是无法实现的。还需要其他材料,比如锰或磷酸锂铁。
  
  ArgonneCollaborativeCenterforEnergyStorageScience(ACCESS)总监VenkatSrinivisan表示:“进入电池的矿物质数量越多越好。”
  
  Srinivisan说,电动汽车在美国的故事一直是一个对功率和行驶里程的需求无法满足的故事,这就需要最高能量的电池。这意味着钴通常是镍和铜矿开采的副产品,也是最昂贵的电池元素之一。Srinivisan说:“大家都在考虑镍和钴的替代品,以及如何回收这些东西。”
  
  现在通用汽车公司和LG能源解决方案公司的袋式Ultium电池,使用镍钴锰铝化学原料,将钴含量减少了70%以上。双层电池夹层中的200千瓦时,是特斯拉最大电池的两倍,为电动悍马车提供529公里(329英里)的续航能力与三电机推进1000马力以及在WTF("WattstoFreedom")模式下3.0秒爆发到60英里/小时的速度。
  
  与特斯拉最好的电池一样,通用汽车的电池只使用少量锰来稳定结构,而不是作为主要的阴极材料。根据全球材料和回收公司Umicore的数据,90%以上的锰被开采用于铁和不锈钢生产,不到1%用于电池。
  
  Musk和大众关注的高锰电池也将使用更少的镍,零钴。Srinivisan表示:“我能理解其中的逻辑,如果你能把它调到一个合理的能量密度,锰就会变成介于两者之间的东西。”汽车制造商可能会通过略微扩大电池来抵消锰的较低阴极成本,使其范围更接近富镍设计。
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