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迈向绿色电池-材料和技术下的新视角

当下,强劲增长的电动化市场对高性能、低成本电池的需求更加强烈。先进电池技术的研发是由特定的应用目标主导的,其目标主要侧重于成本和性能,包括高质量能量密度、体积能量密度和功率密度,同时还要确保电池的高安全性和长寿命。另外,电池的续航里程、快充能力、价格等也是消费者关心的关键参数。如今,锂离子电池是在满足性能指标的同时并保持合理成本的电池之一。但是,随着电气化的发展,除了性能和成本外,电池对环境的影响,也就是电池的可持续性也日益受到广泛的关注,成为未来电池必须考虑并克服的问题。电池的可持续性需要从电池的全生命周期考虑,包括原材料的提取和电池材料生产、电池组装、电池使用、电池的梯度使用和循环等环节。

迈向绿色电池-材料和技术下的新视角

近日,德国明斯特大学Martin Winter教授和Simon Dühnen博士带领的团队在Small Methods上发表了题为“Toward Green Battery Cells: Perspective on Materials and Technologies”的综述论文(DOI:10.1002/smtd.202000039),从电池的全生命周期角度总结了发展更加绿色电池的方法,其中主要聚焦于锂离子电池的电池材料、生产、使用和循环利用环节。另外,对下一代电池技术也从可持续性和竞争力角度进行了评价。作者对于“更绿色”的标准主要是从以下两方面考虑,1)材料的可持续获取。储量丰富并方便获取的材料和可循环再生的材料都属于可持续获取的材料;2)对电池寿命周期的能量平衡有重大好处,如在梯度利用过程中长时间使用。另外,低毒或无毒也是绿色的内在要求。本文首先详细介绍了最近对锂离子电池各部分(正极、负极、电解液、非活性物质和生产过程等)进行绿色改进的进展。其次,对固态锂金属电池和锂硫电池的研究进展、成本和绿色经济性进行分析。之后,锂电池之外,作者也对其他金属离子电池,如钠离子、钾离子电池,以及双离子电池、有机电极电池的进展和绿色经济性进行分析。最后,作者阐述了电池的梯度使用和循环利用对电池推广使用的重要意义。

迈向绿色电池-材料和技术下的新视角

为了实现可持续的社会,电化学储能设备可采用两种不同的开发策略。第一类是便携式应用,如消费电子和电动汽车,其需要安全和具有快充性能的储能设备,能量密度和功率密度是关键参数。第二类是建立在电池的非活性物质和生产过程更加绿色的基础上,增强电池的梯度利用寿命和电池的有效回收和再生。以上两种策略通过关键材料的回收和新电池的技术开发,不仅可以提高可持续性,还可以节省成本并减少资源的进口依存度,从而克服未来电池社会的主要挑战。

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