第一作家：Andreas Wolf
通信作家：Guinevere A. Giffin
通信单元：德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所
【遵守简介】
电板价值链中的可握续性是一个常被霸术的宗旨，但现在它排在本钱和性能之后位列第三。历史上，提高可握续性时时会在本钱和性能上带来刑事包袱，但这种互相作用在将来几年深信会发展变化。其中，由立法框架股东的生态和社会因素保证了锂离子电板（LIBs）的回收哄骗，以防护危机废物参预垃圾填埋场。电动汽车（EV）规模向低本钱化学因素如磷酸铁锂（LFP）的发展趋势是一把双刃剑，因为这些材料的回收盈利性关于既定的回收方法来说极低。延长电板寿命和兑现平直回收，其中负极和正极材料保握其结构和功能，是提高可握续性盈利性的要害策略。然则，它们的执行需要滚动LIB联想优先级。
在此，德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所Guinevere A. Giffin证据注解等东谈主强调了轮回联想行为提高电板寿命和平直回收才调的因素，是裁汰本钱和同期提高LIB坐褥和治理可握续性的要害革新点。同期空洞了电板坐褥中的挑战和机遇，绝顶体恤欧洲电动汽车规模，并界说了价值链上各利益关系者所需的行为，以克服线性经济的念念维定势。
关系研究遵守以“Circular battery design: investing in sustainability and profitability”为题发表在Energy Environ. Sci.上。
【研究配景】
在2024年，锂离子电板（LIB）在汽车行业的普及是无可争议的，况兼这种趋势无法被休止。电动汽车（EV）市集正在赶快增长，意想到2030年，人人谈路上的电动汽车数目将达到1.4亿辆。相应地，达到寿命尽头（EoL）的退役电动汽车电板的数目也在加多。到2040年，电动汽车电板的年复返率意想将达到340000吨。这些拆除的LIB既是危机废物，也所以浓缩表情存在的稀缺原材料的端庄起头。因此，LIB回收的必要性和契机是不问可知的。
如今存在多种不同的回收方法。最常见的是火法和湿法冶金回收，但平直回收正在眩惑更多体恤，并在多样欧洲发展阶梯图中占据杰出地位。火法冶金回收基于高温熔真金不怕火炉，只回收最有价值的金属。尽管这个经由以其浅易性和时期熟练度而驰名，但过失包括高能耗和对高价值金属如钴和镍的经济盈利性的高度依赖。关于湿法冶金回收，电板模块大多被离散并分类为材料分数，如塑料、金属基底/外壳和黑粉，后者主若是负极和正极活性材料的搀杂物。然则，平直回收工艺复杂，况兼不行在短期内提供高时期水平。一些公司和初创企业已决定开动平直回收，但大多数勉力仅涵盖初步的离散或拆卸经由。在实验室范围上，将CAM再生为高质料的最新活性材料以统统紧闭轮回的经由。尽管向LFP的趋势意味着原材料的临界性裁汰，但它在轮回性方面是一把双刃剑。莫得镍和钴等稀缺和高价值元素的存在，LIB回收的利润就较低。绝顶是，专注于回收最有价值的元素的火法和湿法冶金回收阶梯对基于LFP的LIB来说并不盈利。因此，现在的要点是最大截止地延长基于LFP的电板在第一和第二人命周期应用中的使用寿命。诚然这可能会推迟它们的EoL，但不可幸免的是，在长久的将来，无数拆除的LIB将包含在这种情况下被觉得是低本钱元素的高份额。由于电板的垃圾填埋场可能被视为环境不幸，需要幸免，因此至关蹙迫的是要使LFP和其他将来低本钱电板系统的回收尽可能成心可图。与回收联想不同，轮回联想还包括诸如重用、维修、创新和再制造等策略，以及灵验的第二人命周期应用的再行哄骗（图1），短期内执行这些轮回联想特征可能需要步伐化和性能或本钱的衡量。
【研究实质】
通过这项职责，本文旨在报告一条克服将LIB回收仅视为EoL问题的过期框架的阶梯。基于R9轮回经济框架，详确报告了轮回联想的蹙迫性，行为盈利性LIB回收的要害使能因素，最终最大化可握续性，同期裁汰本钱。同期，本文霸术了面前以性能和本钱联想与可握续性联想之间的衡量关系将如何跟着时分的推移而发展，通过折柳仅体恤性能和本钱的情景与触趁早期投资于轮回联想的替代方法。由于对轮回电板联想的原意不错且应该是一项成心可图的长久投资，详确证据了每个研究阶段执行轮回联想所需的必要孝顺。临了，细目了需要激勉的工业利益关系者，以提高平直LIB回收的时期准备水平，绝顶体恤欧洲EV电板规模。诚然本文所述的更轮回的电板联想对将来发展电板生态系统的总体影响对人人电板生态系统王人是正确的，但由于低级资源的可赢得性低和动力本钱高，它对欧洲生态系统尤为显著。
图1. 轮回联想使轮回和进一步的行为以延长电板寿命。轮回性联想行为轮回电板经济的要害股东因素
可握续性时时触及社会、环境和经济三个方面，作家主要体恤环境层面，绝顶是通过人人变暖潜能（GWP）来掂量。电板生态系统的其他方面，如资源可用性和迁徙性，也与可握续性的社会和经济层面关系。往时几十年中，轮回经济被觉得是创建更可握续社会和平缓地球资源压力的要害用具。然则，轮回经济的界说一直在变化，轮回性并不老是意味着可握续性，随机致使可能以捐躯可握续性为代价。与化石燃料不同，锂离子电板（LIBs）是表面上不错成为轮回居品的能量存储设备。从生态角度来看，将LIB市集从线性经济滚动为更轮回的经济模式，有助于幸免危机废物酿成的环境挫伤。但现在人人LIB市集仍然罢黜线性经济的模式，制酿本钱和性能在运营时间被优化，而回收主要被视为居品寿命拆伙时的问题。
R9框架为轮回经济提供了十个策略（R0-R9），以加多居品的轮回性。这些策略与电板的寿命周期相对应，包括从拒却、再行念念考、减少、重用、维修、创新、再制造、再哄骗、回收和规复。这些策略旨在减少材料使用、延长居品和组件的使用寿命，以及在居品使用后轮回哄骗材料。绝顶是，联想和制造阶段（R0-R2）关于后续策略（R3-R9）的执行至关蹙迫。轮回联想主要源自于再行念念考居品的使用，并从一开动就探求回收。这关于延长电板的第一和第二寿命，以及兑现平直回收的后劲至关蹙迫。著述强调，关于本钱导向的材料（如磷酸铁锂LFP）和性能导向的材料（如镍钴锰氧化物NMC），延长电板的使用寿命和兑现高效回收至关蹙迫。轮回联想关于悉数电板化学因素的电板王人相配蹙迫，但关于本钱导向的电板化学因素，其上风更为显著。
图2. R9框架适用于轮回电板的经济效益。跟着时分的推移，电板联想的性能、本钱和可握续性的互相作用
为了股东长久的轮回经济，需要在研究、政事、工业乃至中等教会中探求轮回性。短期内，政策制定者需要通过立法框架激勉行业，为更轮回的电板联想提供财政上风。中国和欧洲仍是制定了多项法例来照管锂电板的回收，而好意思国则主要在州一级进行立法适度。新的欧盟电板法例建议了到2027年和2031年从废电板中回收材料的蓄意勃勃的最低宗旨，并规定了新电板中必须包含的最低回收含量水平，强调了坐褥者包袱蔓延（EPR）的主张。现在，锂电板市集仍然罢黜线性经济模式，总本钱包括原材料、活性材料合成、电板制造、系统集成和安全脾气。行业宗旨是在最小化本钱的同期最大化性能，这导致了磷酸铁锂（LFP）的大范围收受。LFP被觉得是一种本钱联想材料，而镍钴锰氧化物（NMC）则是一种性能联想材料。著述建议了可握续性行为本钱和性能以外的第三个要害维度，并评估了面前和将来的锂电板联想如何影响这三个方面。
短期内，意想性能培植和本钱裁汰的趋势将无间。然则，这种盈利才调很猛进程上取决于阴极材料的化学因素和原材料价钱。由于EoL电板和坐褥废物的体积不停加多，分析师开动为回收材料和EoL锂电板建树价钱指数，以提高回收材料的可交游性，并分析本钱和盈利后劲。此外，著述还霸术了平直回收的时期可行性，强调了轮回联想的蹙迫性。如果莫得轮回联想，平直回收将不可行，而火法和湿法冶金经由可能无间用于回收和回收，这可能枯竭对LFP的盈利性。EPR主张将废物照管的用度纳入举座锂电板本钱，加多了对轮回联想的需求。在欧盟，保握正极材料的高价值形态不错减少对外部的依赖，并增强欧盟锂电板生态系统对原材料和动力本钱飞腾以及人人供应链波动的抵牾力。总的来说，作家强调了轮回电板联想关于提高可握续性、裁汰本钱和增强锂电板市集竞争力的后劲，同期也指出了兑现这一宗旨所濒临的挑战和需要的政策解救。
图3. 电板联想的性能、本钱和可握续性之间的互相作用会跟着时分的推移而发展。轮回联想电板的智商：价值链中研究和利益关系者的孝顺
为了兑现轮回电板的联想，主要挑战在于在不权臣影响性能和制酿本钱的前提下，使电板大要得当轮回哄骗的需求。研究东谈主员需要开发解救这一宗旨的时期，而工业界则需要执行这些时期，并配合市集营销策略来培植破钞者对轮回电板的默契和收受度。这种默契的调动需要通过教会和文化的调动来兑现，况兼可能需要数十年时分。轮回电板的联想需要从电板系统到活性材料颗粒的各个层面探求，以兑现电板的最大化哄骗和回收。在电板的人命周期收尾时，需要决定是将其用于第二人命周期的应用如故进行回收。这将取决于回收的经济性和电板的剩余价值。
为了兑现存效的回收，电板照管系统（BMS）和电板护照关于提供电板的健康景色和化学因素等数据至关蹙迫。这些数据将匡助决定电板的最好回收旅途。梦想的回收经由应该大要将电板组件规复到接近其原始景色的高纯度材料。电板的联想还需要探求便于拆卸和分离，以兑现自动化回收，减少手动操作和提高回成遵守。这可能需要电板联想和形状的步伐化。此外，电板的平直回收需要体恤不仅回收金属含量组件，还要回收其他有价值的材料，如阳极、电解液和导电碳等。在回收经由中，需要绝尖端庄阴极活性材料（CAM）的再生，以开辟在电板使用或回收经由中发生的退化。再生的CAM需要得意严格的质料条件，以确保其大要再次用于电极。
总的来说，轮回电板的联想需要在制造遵守和轮回哄骗之间找到均衡，同期确保电板在回收经由中大要产生高纯度的材料流。这需要价值链上悉数利益关系者的精良协作，以及明确的步伐和数据透明度，以兑现电板材料的最优回收和再哄骗。
图4. 轮回LIB联想特质对坐褥和回收智商互相作用的影响。【论断瞻望】
总而言之，将来几十年将磨练电板行业是否大要并风景特殊传统线性经济的局限，即在本钱和性能之后探求可握续性。跟着低本钱化学因素（如磷酸铁锂LFP）在电板市集占比的加多，诚然对回收行业的盈利才调组成挑战，但同期也为电板市集的轮回性提供了机遇。为了兑现低本钱化学电板的盈利性，需要通过延长电板寿命和/或平直回收来兑现，这条件收受全面的轮回联想方法。
欧洲可能无法在原材料加工、正极活性材料（CAM）合成或火法冶金回收方面与中国竞争，因此，长久投资于轮回电板联想和扩大平直回收才调，是建树汽车和动力部门更强工业和地缘政事地位的契机。提高平直回收经由的时期准备水蔼然扩大平直回收才调，也增强了提供所需设备的次级工业部门的增长后劲。欧洲，尤其是德国的工场工程行业，在工业回收时期方面领有世俗的专科学问，欧盟应哄骗这些专科学问，股东以平直回收方法为要点的试点范围研究和回收设施的扩大。需要建树和执行针对LIB的轮回联想步伐，并激勉汽车和电板行业的工业参与者密切协作，以均衡步伐化的优过失。通过执行轮回联想战术，电动汽车电板行业不错成为从线性经济慢慢过渡到轮回经济的典范，这一瞥变需要政事、研究和社会举座的随便解救。
【文件信息】
Andreas Wolf, Felix Nagler, Philip Daubinger, Christoph Neef, Karl Mandel, Andreas Fleglera, Guinevere A. Giffin, Circular battery design: investing in sustainability and profitability, Energy Environ. Sci.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee03418j
邮发代号：80-732
研究热线：010-64519601/9602/9643
投稿网址：http://esst.cip.com.cn/CN/2095-4239/home.shtml体育游戏app平台
海量资讯、精确解读，尽在新浪财经APP