En omkostnings- og ressourceanalyse af natrium-ion-batterier

Lithium og kobolt er grundlæggende komponenter i lithium-ion-batterier. Analyse foretaget af forskere ved Helmholtz Institut Ulm (HIU) ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) viser, at tilgængeligheden af ​​begge elementer kan blive alvorligt kritisk. Koboltfri batteriteknologier, herunder post-lithium-teknologier baseret på ikke-kritiske elementer såsom natrium, men også magnesium, zink, calcium og aluminium, repræsenterer muligheder for at undgå dette resultat på lang sigt. Disse resultater præsenteres i Naturanmeldelser Materialer .

Kobolt er en grundlæggende katodekomponent i lithium-ion-batterier (LIB'er), bestemme den høje energi- og effekttæthed samt den lange levetid. Imidlertid, som beskrevet i artiklen af ​​Dr. Christoph Vaalma et al., kobolt er giftigt og sjældent. "Generelt, den hurtigt voksende markedspenetration af LIB'er til elektromobilitetsapplikationer, såsom fuldelektriske biler, vil føre til en stigende efterspørgsel efter råvarer, især med hensyn til lithium og kobolt, " siger professor Stefano Passerini, som superviserede undersøgelsen sammen med Dr. Daniel Buchholz ved Helmholtz Instituttet Ulm.

Deres scenariebaserede analyse af anvendelsen af ​​batterier frem til 2050 viser, at der sandsynligvis vil forekomme koboltmangel og prisstigninger, da efterspørgslen efter kobolt kunne være dobbelt så høj som nutidens identificerede reserver. I modsætning, dagens identificerede lithiumreserver forventes at være meget mindre belastede, men produktionen skal opskaleres kraftigt (muligvis mere end 10 gange, afhængigt af scenariet) for at matche den fremtidige efterspørgsel. Imidlertid, begge elementer er geografisk koncentreret i lande, der rapporteres at være mindre politisk stabile. Ifølge forskerne, dette giver anledning til bekymring for en mulig mangel og tilhørende prisstigning på LIB'er i den nærmeste fremtid. "Det er derfor uundværligt at udvide forskningsaktiviteterne mod alternative batteriteknologier for at mindske disse risici og reducere presset på kobolt- og lithiumreserver, " siger Daniel Buchholz. Stefano Passerini, HIU vicedirektør. "Post-lithium-systemer er særligt tiltalende til elektromobilitet og stationære applikationer. Derfor er det både meget vigtigt og presserende at frigøre deres potentiale og udvikle disse innovative, højenergibatterier mod markedsmodenhed."

Disse resultater bekræftes yderligere af det globale scenarie for batterianvendelser inden for elektromobilitet frem til år 2050, for nylig udviklet på HIU og udgivet som et bogkapitel. "Den fremtidige tilgængelighed af kobolt til masseproduktion af LIB'er skal klassificeres som meget kritisk, hvilket også fremgår af prisstigningen på kobolt på mere end 120 procent inden for et år (2016-2017), " siger HIU systemanalytiker Dr. Marcel Weil. Derudover, Etableringen af ​​en batteriøkonomi med en høj genanvendelsesgrad ville helt sikkert være bydende nødvendigt for at mindske presset på kritiske materialer.

Begge undersøgelser fremhæver vigtigheden af ​​nye batteriteknologier baseret på lave omkostninger, rigelige og ikke-toksiske elementer, demonstrerer vigtigheden af ​​yderligere udvikling for at mindske presset på kritiske ressourcer. For at imødekomme dette behov, KIT og University of Ulm forenede deres indsats i forslaget om en Cluster of Excellence Energy Storage Beyond Lithium:New Storage Concepts For A Sustainable Future, med fokus på udviklingen af ​​natrium-ion, magnesium-ion og andre batterier baseret på rigelige materialer. Center for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg (ZSW) og Justus-Liebig University Gießen er også involveret i disse bestræbelser.