石墨，锂，电池回收...电动汽车须破解四大技术难题

集微网消息，据西班牙国家报近日报道，欧盟、美国和亚洲都在致力于在未来几年内让数千万辆电动汽车上路，但实现这一计划存在着严重的工业障碍。

电动汽车已经日益普遍，它们的销售额与日俱增，成为越来越多人的可行选择。今天，几乎所有汽车制造商都将未来押注在电动汽车上。很多机构也将它们宣传为应对气候变化和净化城市的标准工具。欧盟希望到2030年至少有3000万辆电动汽车上路，美国的目标是到2030年在新车销售中电动汽车的比例必须达到一半，中国则将这一比例设定在40%。

然而，电动汽车的大规模采用仍然存在很大障碍。电动机取代内燃机的典型障碍是价格高缺乏充电基础设施和自主性低。不过，要使电动汽车在道路上无处不在，还存在其他工业性质的困难。

石墨难以替代

在电动汽车的锂离子电池中，负极主要由石墨制成，石墨是自然界中碳元素的一种存在形式，是唯一用于上述目的的材料。马德里康普顿斯大学材料物理系研究员贝伦·索蒂略说：“碳是一种似乎不是很关键的材料。它在地壳中含量非常丰富。但电池的问题在于，其中的石墨必须经过处理。大多数加工厂都在亚洲。”因此，欧盟将石墨列入其关键材料清单，锂、钴、镍或锰也在该名单上，所有这些都是电动汽车电池的组成部分

石墨也是锂离子电池中最重的材料，每辆电动汽车平均使用50至100公斤不等的石墨，这意味着每制造1000万辆电动汽车，将需要50万至100万吨这种材料。目前，全球石墨的产量仅为100万吨。

索蒂略指出，研究人员已经在寻求扩大生产规模，但这非常复杂。另一种选择是替换它，但这也不容易。索蒂略解释说：“一旦我们证实存在替代方案并且效果良好，我们就必须建立起这一行业。这通常很困难。你必须让整个行业转向新材料。”

锂供应量不足

索蒂略说：“与石墨相反的是，是一种在地壳中含量不多的元素，因此可用于制造电动汽车的原材料数量有限。来自英国牛津大学的地球科学家汉娜·里奇对此进行了统计。据估计，地球上有约8800万吨锂，但其中只有2200万吨是可提取的。根据计算，所有这些储备可以制造28亿个电池。很难确切知道世界上有多少辆汽车，但一些估计表明这个数字约为14亿辆。如果将两个数字进行比较，可以发现锂并不充裕。不应忘记，部分锂还不得不用于目前已知的其他用途。

索蒂略说：“锂的另一个问题是它是种非常活泼的元素。电池一旦用完，就很难恢复。”也有一些研究旨在替代这种材料。索蒂略说：“在类似于的电池技术中，虽然钠或钾是能量密度较低的元素，但更容易回收并且更丰富。”

电池回收困难

别忘了，电动汽车的电池占据了整个底盘，而且只能持续十年左右。当需要更换它时，回收之旅就开始了。西班牙国家研究委员会研究员费利克斯·安东尼奥·洛佩斯提到了一个关键信息：在回收工厂中，电池拆解是手工完成的，因为仍然没有自动化流程。

洛佩斯说：“问题在于内部电池的回收利用。这些电池被压碎。然后进行分离操作，主要是为了分离塑料和铜。但这些分离并不完美。其中以石墨为主，但也含有镍、钴、锰(来自电池的负极)以及锂、磷或氟(存在于电池电解液中)。回收这些元素并不容易，而且由于缺乏自动化回收成本很高。目前，所有这些物质都被运往亚洲回收。”

洛佩斯表示，扩大回收规模很困难研究人员估计，可能有生产性技术可以在五六年内转移给企业。从那时起，它必须达到工业规模，这也需要时间。

能源供应限制

电动汽车的大规模采用也将对电网提出更高的要求。在这种情况下，塞维利亚大学电气工程系教授安东尼奥·戈麦斯·埃克斯波西托区分了两个概念：必须在发电厂中生产的能量，以及代表输送电力速度的功率。

戈麦斯说：“在西班牙，能源生产方面没有突出问题。”在夜间，一些热电厂和核电厂的生产率降低了，因为那个时段它们不是必需的。

限制将在于电网的功率。戈麦斯强调说：“如果每个人都在下午用电高峰时充电(这在原则上是合乎逻辑的)，那么在运输网络和分销网络中都会出现大问题。为避免这种情况，我们的想法是鼓励汽车在夜间充电。”

即便如此，在拥有数百万辆电动汽车的情况下，可以预见的是涉及中低压的配电网会出现问题。发电厂产生电力后会通过高压传输到变电站，然后从那里通过中压传输到变压器中心，变压器中心再通过低压电缆将电力分配给家庭和企业。

戈麦斯解释道：“一个变压器中心通常可以为100到300个客户提供服务。如果在所有这些客户中，拥有电动汽车的人同时为汽车充电，即使是在晚上，也必须加强到达这些公寓楼的低压无线电分配网络。”这将是一项必须在地方、城市和社区层面完成的工作。

大规模协调车辆充电和升级部分电网是电动汽车大规模普及的另外两个障碍。随着电动汽车的使用日益广泛所有这些困难会变得越来越明显。