如何滿足未來電動車電池需求?

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圖片來源:Paul Hennessy / Getty Images

在疫情之下,去年全球汽車整體銷情低迷,惟電動車銷量不跌反升,大增 41%。一些傳統汽車巨頭更拋出停售燃油車的時間表,例如通用汽車宣佈到 2035 年停售汽油動力和柴油車型,德國 Audi 亦計劃到 2033 年停止生產此類汽車。電動車浪潮乘全球減碳風潮聲勢浩大。電動車的核心是驅動四輪的電池;而要滿足未來電動車的需求,關鍵是要有充足的稀有金屬供應及建立電池回收鏈。

電池工程師現面對兩大難題。一是如何減少造電池要用的稀有金屬。皆因需求愈大,稀有金屬就愈貴。同時,開採稀有金屬的環境和社會成本一直為人詬病。因此,另一項難題是要改善電池回收方式,讓廢舊汽車電池中有價值的金屬能有效重用。

金屬要講「金」—— 用哪一種稀有金屬講求成本效益。鋰電池相關技術積累了 30 年的經驗,成本比最初應用時已縮了 30 倍,可預見未來鋰離子電池仍會是主導技術。能源研究機構 BloombergNEF(BNEF)預計,到 2023 年,鋰離子電動車電池組的成本將降至每千瓦時 100 美元以下,比現在低約 20%。由此推算,電動車成本在 2020 年代中便可以和燃油車平分秋色。

雖然鋰也是稀有金屬,但鋰本身並不那麼稀缺。BNEF 在 6 月發表的報告指,根據美國地質調查局的數據,目前鋰儲量為 2,100 萬噸,足以持續推動電動汽車轉換潮到本世紀中葉。但要注意的是,儲量是可增可減的數目,因為儲量只代表在當前價格、技術和監管要求下,符合經濟效益開採的資源量。對於大多數材料,如果需求增加,儲備最終也會增加。

研究人員更擔心金屬鈷。它是當前電動汽車電池中最有價值的成分,也是電池業於 ESG(環境、社會和管治)中最難搞的部分。全球 3 分之 2 的鈷供應,乃於剛果民主共和國開採,當地的勞工安全、童工及環境污染屢屢成為焦點。為了解決原材料問題,材料工程師著力研發低鈷或無鈷陰極電池。但完全放棄鈷會改變陰極晶體結構,以及它與鋰結合的緊密程度,結果會降低電池的能量密度,是工程師要克服的一大難關。

即使真的做到性能優越的無鈷電池,但鈷金屬有價,無鈷電池反令電池回收更失色。因鋰及其他材枓,要回收還不如直接開採來得便宜。要實現電池循環經濟,研究工作的重點是改進回收技術和工藝,使回收的鋰更具經濟吸引力。

典型的電池回收方法,是先輾碎電池,將電池變成粉末,然後在冶煉廠以高溫液化(火法冶金)或以酸溶解(濕法冶金),最後把金屬以鹽的形式從溶液中沉澱出來。另一種正在研究的方法,是重新使用含重要金屬的陰極晶體,期望能夠提取整個陰極晶體,將之轉售,而不需要冶金分離,又減少重造陰極晶體的成本。

也許回收很難,難就難在數量太少無錢賺。儘管媒體報道傾向描述廢電池氾濫危機迫在眉睫,但有危真的就有機:一旦有數以百萬計的大型電池開始報廢,規模經濟便彰顯,屆時回收效率增加,商業價值終會顯現。

分析師亦預計因電池已變得非常耐用,例如目前的電動車電池平均壽命或達 15 年,鋰離子電池市場可能需要一段時間才能發展至最大規模,回收業界理應有足夠時間開發更高效的回收技術。