十六年以来通过工程师马丁•埃伯哈德公布了他未来专门设计的跑车在一群投资者之前,记者,和潜在买家在圣塔莫尼卡机场机库。跑车,它被称为,包含大量的创新工程,但没有关于它的重要性远大于6831年锂离子电池装进它的后排空间,使车辆的范围和速度。“电池系统是秘密,”埃伯哈德解释当时,背后“四颗二等0-60英里/小时的加速度。”
埃伯哈德和他的合作者,马克•Tarpenning命名他们的新尼古拉·特斯拉电动汽车公司后,两年后,在2008年,特斯拉成为第一个商业化生产,lithium-ion-powered车辆撞到汽车市场。锂离子或锂离子,是一个大步从镍氢电池(镍氢)已经为大多数混合动力和电动汽车,包括广受欢迎的普锐斯。锂的更好的锂离子电池的能量密度是指商店三分之一比镍氢电池可以每公斤瓦时,这意味着他们持续时间更长,体重少了。
但是,锂电池仍有严重的缺陷。不仅仅依赖于进口的关键矿物质——锂,但钴、铜、石墨、和镍-被侵入山脉或收购的注入稀缺沙漠地下水池塘,然后等待水蒸发,留下矿物。刚果民主共和国的产量超过世界70%的钴、经常剥削童工在不安全的工作条件。其他矿物质来自国家与美国更愿意放松经济关系,包括俄罗斯,它提供了世界上20%的减少商店的镍、和中国供应几乎所有国际石墨用于电动汽车电池。
只到2029年,电动汽车与80%的矿物质来源美国或其盟国将有资格获得完整的税收抵免。
“我们不一定能够得到一些矿物质,除非我们去的地方被定义为不可接受的,”Ben Prochazka说,电气化联盟的执行董事,一个非营利性机构,致力于移动运输远离化石燃料。不久,我们可能无法得到某些矿物:中国,例如,威胁要保持其石墨的惊人的电池工业;市场分析人士预计,到2030年全球锂需求将超过供应。“我们必须找出一种不同的方法来制造电池,“Prochazka说。
与州和联邦授权和激励推动汽车公司优先考虑电池驱动的汽车在他们的舰队,并且天然气价格波动向更多的消费者移动零排放的交通工具,汽车制造商和电池公司急于这样做。他们正在开发不同的方法使电池在降低成本的同时,能量密度增加,这意味着重要的延长练习场和行业摆脱对美国政府所称的“外国实体的担忧。”
电池取代所谓的冲突矿物与国内矿产之外拥有先进的研发测试阶段;电池减少钴的镍、锰、铝已经在商业生产;几家公司正在研究固态电池使用没有潜在的易燃液体,并计划gigafactories致力于电池制造业在美国比比皆是。
通过两个新的联邦法律,2022年通货膨胀削减法案(IRA)和2021的基础设施投资和就业法案,预计移动行业。美国提供了7500美元的税收抵免的买家大部分新电动汽车自2009年底;但从2023年开始,爱尔兰共和军的关系,税收抵免的某些要求采购电池的关键矿物质和制造业。只到2029年,电动汽车80%的矿物质来源在美国或其盟国和北美国制造或组装组件将100%有资格完整的信用。
综上所述,账单站将电动汽车电池工业创新和力量,就像《美国复苏与再投资法案》在2010年代,当特斯拉获得了4.65亿美元的联邦贷款完成发展的现代轿车和开放在弗里蒙特,加利福尼亚。如果钴和镍是很难获得,Prochazka说,“让我们把电池使用更少的钴、钴。或者让电池使用更少的镍。“中国改进电池制造商使用的几乎所有的矿产,Prochazka补充道,“现在我们要在美国加工设施“上个月,Nevada-based松下能源宣布,2025年将开始制造电动汽车电池中回收镍。
通用汽车高级策略师Michael Maten EV和能源政策说,变化是未来是否国会采取行动。2021年,通用汽车首席执行官玛丽Barra承诺到2035年实现100%的电,Maten说,“我们说的第一件事是,‘哦,我们需要大量的电池。’”,导致采取强硬看看供应链和制造”齐心协力陆地或近海,供应链,以确保它的可持续。“现在,他说,“几乎每个月我们都将在另一个合作伙伴安全”重要的矿物质。
“你可以认为我们的电池作为法国下降,“说电池开发人员。“电解液渗透到整件事。”
失败不是一种选择,Maten说。“我们把100岁的业务基于内燃机all-EV业务。我们要确保我们在另一个100年了。”
视频通话,乔治•Liddle Lyten分析主任,San jose为基地的公司,专业生产复合材料对电池,举起一张纸,临街的边缘。“这是二维的石墨烯,”他说,这是在结构上类似于一个足球网平放,“只有在nano的形式。" Liddle然后纸张起皱成一团。“如果你这样做,你最终得到的三维石墨烯,反应1000倍,电和化学”比平坦的版本。
Lyten开始作为一个商业努力收集废物甲烷从油田,将它转换成惰性碳和隔离它地下深处。“原来经济学没有工作,“Liddle告诉我。公司旋转时电池的研究人员发现,来自碳石墨烯可以作为一个缓冲间和硫在一种新型的锂电池。
电动车电池面板上一个工人检查连接在纽瓦克的清醒汽车的总部,加利福尼亚。大卫·保罗·莫里斯/布隆伯格通过盖蒂图片社
“硫四倍的潜在能量储存镍、锰、钴,“Liddle表示,“这是字面上的廉价,这是石化工业的副产品。“石油钻机给它的吨。从来没有人做锂硫电池的商业应用程序(尽管有些人试着)说有多难做。作为细胞内的电池充电,然后放电,债券锂硫和锂离子释放。与每个周期中,化合物经过一系列复杂的化学转换到锂和硫仍然可用的形式。“电池循环100次,然后死了,“Liddle解释说,“因为它基本上毒本身。”
现在Liddle假唱物质-硫-插入空格用过的纸,石墨烯的替身。“事实证明,如果你把硫和嵌入它深入nano-crevices石墨烯,它迫使锂锂硫的转化和硫磺,”他说。石墨烯将两种化学物质,所以硫原子和不破坏的锂离子电池。
一个电池可以被认为是一个三明治:一个带正电的阴极和带负电荷的阳极周围电解质,通过离子从一边到另一边。电解液几乎总是一个粘稠的有机溶剂。中的细胞Lyten的电池都这些组件,但是结构有点不同。“你可以认为我们的电池作为法国下降,“Liddle表示。“电解液渗透到整件事。”
福特和梅赛德斯-奔驰(mercedes - benz)和电池生产商有合作探索固态技术。188最新下载地址
相比之下,固态电池使用任何电解质,交换聚合物或陶瓷提供相同的功能,但没有可燃性有机溶剂的风险。汽油车更容易着火和更多EVs配备锂离子电池。但是锂离子电池是独特脆弱的现象被称为“热失控,”,燃烧的细胞不能摆脱热量的速度比它生成。saltwater-soaked特斯拉着火后,消防队员在佛罗里达州学习了伊恩的风暴潮飓风后,它需要大量的水来扑灭一场化学火- 40倍需要汽油车的火扑灭。
一些汽车制造商,包括福特和梅赛德斯-奔驰(mercedes - benz),探索固态技术与电池厂商合作。188最新下载地址阶乘的能量,这将打开一个新工厂在出版,马萨诸塞州,预计将推出固态电动车电池2028年和2030年之间的某个时候。
大多数电池使用液体电解质有充分的理由,解释Ahmad Pesaran首席能源储存与国家可再生能源实验室工程师。流体可以流入每一个空的空间在阳极和阴极之间保持联系。固态电解质工作,然而,“你必须要有很好的表面,可以合并在一起,“Pesaran说。材料还需要承受压力而不开裂的- - -一个艰巨的任务的脆性陶瓷在某些固态应用程序使用。
固态电池产生的阶乘的能量,这将打开一个工厂于2023年在马萨诸塞州。的阶乘
事实上,电池研究人员更有可能成功地商业化硅阳极比完美的固态技术,一些专家说。硅有潜在的石墨能量密度的两倍,这是通常用于锂离子电池,和更广泛使用。(硅的原料是沙子。)硅阳极电池可用在仅仅几年。主要挑战是硅的趋势扩大的指控和排放。“体积变化几乎300%如果你做它的最大容量,”布莱恩·坎宁安说技术与美国能源部开发经理,”,创造了大量的机械应变对整个结构,“使其电池不大可能生存商用车的必要的充放电循环。“我们工程解决方案来减少应力和应变,”他说。
想法比辩论尖端技术,通用汽车的Maten说,就是看材料储存能量最至少成本和获得没有撕毁印尼沿海村庄镍或依靠独裁政权。锂离子电池的价格是多变的,但是现在他们大约成本每千瓦时150美元。成本平价与汽油引擎,价格下降至少100美元/千瓦时,尽管一些汽车制造商正在关注60美元/千瓦时。有很多方法,但没有人知道它什么时候会发生。“这一切仍在实验室环境中,“Maten说。
在美国百分之九十七的镍储量是位于35英里的美国原住民社区。
在现实世界中,购买汽车的人将会成功的电池技术的最终仲裁者,能源部坎宁安说。真正重要的是创建一个电池将比司机的预期范围和加速度的成本让电——与天然气争论毫无意义。“在某种程度上我们会达到这个交叉点电池动力汽车比传统电池更便宜,”他说。他不关心我们到达那里,固态硅或其他创新的电池设计。他指出,美国能源部是“化学不可知论者。”
10月,美国能源部宣布28亿美元的赠款对20个不同的公司工作以支持生产加工的关键矿物质在美国新一轮的融资为特定企业将在1月份公布。诉讼,美国能源部贷款项目办公室主任,在视频旨在研究人员和制造商说,爱尔兰共和军增加了400亿美元,该机构的贷款机构支持先进汽车制造项目。“这个项目的目标是真的在岸和reshore汽车行业的供应链,我们除去碳素在这个国家,”他说。12月12日,美国能源部获得25亿美元贷款Ultium细胞,通用汽车的合资公司和LG能源解决方案,将产生low-cobalt电池三个美国设施。
一个工人爬到Kawama铜和钴矿,刚果民主共和国。迈克尔·罗宾逊查韦斯通过盖蒂图片社/华盛顿邮报
重要的是要注意,仅仅建立一个电动汽车供应链在美国及其盟国不让它可持续,至少在生态和公共卫生意义。智利是一个美国技术材料的国家,然而锂矿业在阿塔卡马沙漠威胁到地下水和下水道泻湖当地社区和野生动物赖以生存。在美国百分之九十七的镍储量是位于35英里的印第安人社区,铜储量的89%。
甚至在南加州的帝王谷,锂提取——从盐水已经注入11地热发电厂——被誉为一个潜在的经济利益挣扎的农业社区,环境正义的拥护者担心潜在的负面影响。目前有179000人口,帝王谷是超过85%的拉丁裔和长期以来遭受的健康影响农药漂移从农田和空气微粒从垂死的索尔顿海。锂矿业对公众健康的影响还有待探索。188最新下载地址
加州能源委员会估计,“锂谷”所谓的帝王谷项目,可提供高达40%的世界上锂的需求,而且它已经投资了1650万美元在发展中资源。这意味着锂生产可能无论如何前进。锂,Elon Musk喜欢说的那样,确实是新油。
不管缺点,收购锂-无论在哪里发现可能不会慢下来。不仅依赖天然气和柴油发动机损害气候和我们的肺,电气化联盟的Prochazka说,这是一个主要的国家安全风险。“我们继续出口每年数十亿美元的国家不分享我们的理念,”他说。电池技术可能不是在各种意义上良性的,但“我们拥有更大的控制权如何生成电子”比我们在我们获取石油的地方。“未来的交通工具,”他说,“是电气化。这场争论已经结束了。”
