纳米技术将如何提升电动车电池?

锂(离子)电池作为混合动力汽车和电动汽车的动力源在温室气体减排上表现突出,但是这并不意味着它是完美无瑕的,其自身可能会成为环境及公共健康的危害源。最近,美国环境保护署委托一家政策咨询公司(Abt Associates)完成了一项关于锂离子电池生命周期的评估报告。

Abt的高级分析师、生命周期评估的联合主管Jay Smith说道:“尽管锂离子电池驱动的交通工具确实优于传统汽油燃料以及镍氢电池,但是其中的一些材料和制造方法仍然可以改善”。

Smith说:“例如,该研究表明,含有金属镍和钴的材料作为电池的正极,以及在加工溶剂型电极过程中,将会对某些环境和人类健康造成极大的潜在威胁”。Smith接着解释道:“对环境的影响,包括资源的枯竭、全球气候的变暖、生态毒性,主要来自于含钴和镍的化合物的生产,加工及使用,这些可能会导致那些暴露在其中的人们产生呼吸道不适的状况,这还会进一步影响他们的肺和神经系统。”

“一些可行的方法可以减少这些影响”,他说道,“包括替代正极材料,无溶剂型电极的加工以及电池中金属的回收”。

这项由美国环境保护署、美国能源部、锂离子电池产业以及众多学者共同参与的项目,其分析的数据直接由锂离子电池供应商、制造商和回收商提供并,它成为了首个锂离子电池生命周期评估研究。它的首要目的是在锂离子电池的生命周期里所涉及的材料或加工流程对公众健康和环境的影响,尽管各类新技术在不断涌现,这项报告所得出的结论可以帮助电池制造商提高产品的环境指标。此外,这项研究还试图评估纳米技术的潜在影响(即,碳纳米管负极)。

作为与Smith共同主导该项目的Shanika Amarakoon表示,这项研究报告还揭示了为电池充电的电网对全球变暖与其他环境及健康的影响。

“这些影响与当地电网类型有很大关系,” Amarakoon说道,“如果电池充电所需电网来自中西部或南部,这其中的电力大多来自于燃煤电厂。如果在新英格兰或美国加州,电网更多地依赖于可再生能源和天然气,这将释放出更少的温室气体和其他有毒污染物”。接着她又补充补充说道:“不管怎样,电池在加工和制造过程中的影响不可忽视。”

就电池性能而言,Smith说:“我们估计锂离子电池中的纳米技术主要会集中在单壁碳纳米管,因为已有很多研究显示,利用它制作的负极在锂离子电池能量密度提升和性能改进上表现出了极大的应用潜力。然而,我们发现的却是,在当下早期的发展阶段,生产单壁碳纳米管负极所需要的能量是令人望而却步的。随着时间的推移,在商业化以前,如果研究人员可以专注于降低电池制造过程中所消耗的能源,那么由技术引发的环境状况改变将有可能获得大幅度的改善”。

生命周期评估的结果和方法可以参见报告原文——生命周期评估在纳米技术中的应用:锂离子电池电动汽车。这项生命周期评估研究由美国环境保护署的环的化学安全、污染预防及有毒物质办公室、美国环境保护署的国家风险管理研究实验室主导完成。参与者还包括行业合作伙伴(即电池制造商,回收商和供应商,以及其他行业团体)、能源部的阿尔贡国家实验室、美国亚利桑那州立大学以及罗切斯特理工学院。

来源:MaterialsViews

翻译:邵萱