Технология аккумуляторов следующего поколения: переосмысление каждого аспекта аккумуляторов

Идет гонка за создание новых технологий, которые подготовят аккумуляторную индустрию к переходу к будущему с более возобновляемой энергией. В этой конкурентной среде трудно сказать, какие компании и решения одержат верх.

Корпорации и университеты спешат разрабатывать новые производственные процессы, чтобы сократить затраты и уменьшить воздействие на окружающую среду производства батарей по всему миру. Они работают над разработкой новых подходов к созданию катодов и анодов — отрицательно и положительно заряженных компонентов батарей — и даже используют разные ионы для удержания заряда. Хотя мы не можем рассмотреть каждую технологию, находящуюся в стадии разработки, мы можем рассмотреть некоторые из них, чтобы дать вам представление о проблемах, которые люди пытаются решить.

Чистое производство

Калифорнийская компания Sylvatex разработала безводный эффективный процесс производства катодного активного материала (CAM). «Эта инновация в процессе снижает общую стоимость CAM на 25 процентов, при этом используется на 80 процентов меньше энергии и исключается использование воды и потоки отходов сульфата натрия», — сказала Вирджиния Клаусмайер, генеральный директор и основатель Sylvatex.

По словам Клаусмайера, цель Sylvatex — снизить выбросы углекислого газа в процессе производства аккумуляторов. Она утверждала, что другие компании увеличили масштабы неэффективного процесса, поскольку рынок быстро растет. «Эти заводы используют 200 миллионов галлонов воды ежегодно. Материал катода составляет около 50–70 процентов стоимости аккумуляторной батареи».

По словам Алекса Косякова, соучредителя и генерального директора компании Natrion, производящей аккумуляторные компоненты, обычный процесс производства литий-ионных катодов и аккумуляторов состоит из многих этапов. Производители начинают с того, что берут руды с низкими исходными концентрациями добываемых металлов, таких как кобальт, марганец, алюминий и никель. Они разбивают их на очень мелкие кусочки в огромных чанах, содержащих вращающиеся лезвия или керамические шарики.

Компании обрабатывают руду раствором серной кислоты, содержащим большое количество воды. После этого этапа экстрагируются сульфатные соли. Обработка приводит к выбросу диоксида серы в атмосферу, что вызывает кислотные дожди и создает проблемы с безопасностью на рабочем месте.

Затем производители смешивают сульфатные соли с солями лития, соединяют их и измельчают в порошки. Они нагревают порошки в огромных печах до высоких температур, чтобы удалить примеси, а затем снова нагревают их, чтобы сплавить литий с металлом и кислородом.

После этого для изготовления катодов обычно порошки снова измельчают. Затем они делают чернила или суспензию, объединяя полученный порошок с растворителями и связующими веществами. Полученную жидкость наносят на алюминиевую фольгу и дают ей высохнуть. Далее фольгу с покрытием режут по размеру, наслаивают на нее другие материалы для батареи, полученные слои прессуют в прокатном прессе, наматывают на катушку или бухту и помещают в банку с батареей.

«Мы разработали процесс, который мы называем нашим процессом «следующего поколения», который является безводным», — сказал Клаусмайер. «Он использует универсальность и гибкость сырья без молекул сульфата, поэтому у вас нет таких отходов, поэтому вы можете использовать более широкий спектр ресурсов, которые могут быть получены из переработанных материалов… или добытых и очищенных материалов, которые необходимо добывать. и меньше рафинировано».

Клаусмайер рассказала, что ее компания использует в качестве сырья гидроксиды или оксиды металлов. Процесс включает в себя объединение этих материалов с запатентованной добавкой, которую она описывает как «не совсем поверхностно-активное вещество», в емкости, которая смешивает их вместе. За этим следует этап прокаливания. (Прокаливание предполагает повышение температуры соединения в среде с ограниченным содержанием кислорода, но не нагревание его настолько сильно, чтобы оно плавилось.)

Удаление серы из процесса снижает производственные риски при создании CAM.