Чем больше в мире появляется авто, работающих на электричестве, тем актуальнее становится вопрос о том, куда же девать аккумулятор электромобиля, который отработал свой ресурс.
Правда, это проблема на сегодняшний день еще не так критична. Это потому, что электромобили появились сравнительно недавно, и тяговые аккумуляторные батареи у подавляющего большинства из них находятся еще во вполне рабочем состоянии.
Впрочем, уже не так далеко то время, когда потребуется что-то делать с сотнями тысяч, миллионами тонн отработавших свой ресурс аккумуляторами.
Справедливости ради, стоит сказать о том, что уже сегодня существуют технологии, способные решить вопрос о дальнейшей судьбе использованных аккумуляторов электромобилей. И об этом как раз и пойдет речь ниже.
Однако, прежде, чем приступить к краткому описанию этих технологий и ответить на вопрос, поставленный в заголовке этой статьи, для полноты раскрытия темы, по ходу, рассмотрим еще пару вопросов. Один из них касается основных материалов, из которых состоит аккумулятор электромобиля, а другой – срока службы аккумуляторной батареи.
Из чего состоит аккумуляторная батарея электромобиля
Давайте для начала определимся, какие основные виды тяговых аккумуляторов существуют на сегодняшний день, которые устанавливают на электромобили.
Ниже приводится перечень основных из них:
- Литий-ионные (Li-ion);
- Алюминий-ионные (Aluminium-ion);
- Литий-серные (Li-S);
- Металл-воздушные.
Наибольшее распространение из всех вышеперечисленных видов получили литий-ионные батареи (Li-ion). И, скорее всего, в ближайшее время это положение вряд ли изменится.
Давайте-ка рассмотрим именно этот тип аккумуляторов.
В этой статье я не буду подробно останавливаться на описании их устройства, принципах их работы, химических реакциях, происходящих внутри них. Все это при желании вы можете найти вот здесь.
Гораздо в большей степени нас интересуют в этой статье материалы, из которых они изготовлены.
Однако, опять же, существует довольно большое количество разновидностей литий-ионных аккумуляторов, каждый из которых предназначен для определенных целей. Перечислим только некоторые основные из них:
- Литий-кобальтовые (Li-Co) – применяются в смартфонах и ноутбуках;
- Литий-марганцевые (Li-Mn) – в специнструментах;
- Литий-железо-фосфатные (LiFePOД4) – в таком оборудовании, которое рассчитано на большой ток нагрузки;
- Литий-титанатные (LiTi) – используются в электробусах с быстрой зарядкой на остановках, в качестве накопителей энергии, вырабатываемой солнечными панелями и ветряными генераторами;
- Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные (LiNiMnCoO2) – в электромобилях.
Именно последние – литий-никель-марганец-кобальт-оксидные – аккумуляторы нас интересуют больше всего.
Разберемся, из каких же элементов состоят эти батареи. Перечислим только самые основные из них. Именно те, получение и утилизация которых в скором времени могут создать определенные проблемы.
1) Литий
Даже судя по названию этого вида аккумуляторов – литий-ионные – можно сделать вывод о том, что литий является одним из основных элементов, входящих в их состав.
Но этот легкий цветной металл востребован и в других отраслях.
Кроме использования в аккумуляторах электромобилей (кстати, и в аккумуляторах смартфонов) он применяется и для производства керамики, стекла, смазочных материалов, полимеров. Нашел он применение и в ядерной энергетике, в металлургии и в медицине.
Запасы лития на Земле на сегодняшний день оцениваются примерно в 17 млн. тонн. При текущих потребностях этого количества вполне должно хватить на несколько десятков лет.
Однако, учитывая то, какими темпами ежегодно будет наращиваться выпуск электромобилей в мире, совсем уже в недалеком будущем вполне может возникнуть дефицит лития. Ведь один аккумулятор электромобиля Tesla Model S, например, содержит в себе более 50 кг этого металла!
И тогда придется разрабатывать такие технологии изготовления аккумуляторов, которые позволили бы резко уменьшить содержания в них лития.
Или использовать повторно этот металл, предварительно извлеченный из уже полностью отслужившей свой срок аккумуляторной батареи.
Как раз об этом пойдет речь ниже в одной из глав.
2) Кобальт
Это еще один из главных элементов, из которых состоит литий-ионный аккумулятор электромобиля. Кобальт делает работу батареи безопаснее (он препятствует ее чрезмерному перегреву) и продолжительнее.
До того, как он нашел свое применение в аккумуляторах, этот металл традиционно использовался для легирования стали. А еще в качестве нефтехимического катализатора.
И так же, как и в ситуации с литием, кобальт тоже «рискует» попасть в разряд дефицитных металлов. Опять же , из-за планов, рассчитанных на резкое, почти взрывное, увеличение выпуска количества электромобилей.
Одним из эффективных выходов из создавшейся ситуации может быть, как и в предыдущем случае, многократное повторное использование вторсырья (кобальта), извлеченного из старых аккумуляторов.
3) Никель
Этот металл играет не менее важную роль в работе литий-ионной батареи, чем два вышеупомянутых – литий и кобальт. Никель является одним из основных элементов катода (отрицательно заряженного электрода) аккумулятора электромобиля.
Помимо аккумуляторов, никель широко применяется в производстве нержавеющей стали, и также для защиты черных металлов от коррозии. И вообще для защиты любых поверхностей от воздействия окружающей среды и придания им соответствующего красивого товарного вида.
Существует еще несколько сфер применения никеля, о которых, при желании, вы можете прочитать в соответствующей литературе.
К сожалению, и этот металл со временем может стать дефицитным.
Острая нехватка именно этих трех перечисленных выше элементов (литий, кобальт, никель) может создать в скором времени проблему при широком развертывании массового выпуска электромобилей.
Сколько может прослужить аккумулятор электромобиля
Аккумулятор электромобиля является самым дорогим компонентом этого транспортного средства. И конечно интересно было бы узнать, сколько времени он прослужит и через какой срок придется его менять.
Считается, что электромобиль за год может проехать, в среднем 20.000 километров. Как, впрочем, и автомобиль с ДВС.
Число циклов заряд/разряд средней литий-ионной батареи может быть от 1000 до 1500. На одной зарядке электромобиль проедет в среднем 200 км. Подчеркиваю – в среднем. Это с учетом плохих дорожных и погодных условий. И не берется в расчет пробег наиболее продвинутых моделей электромобилей типа Tesla Model S. Значит батарея «пробежит» до своей замены 200-300 тыс. километров. Что равносильно сроку 10-15 лет.
Но на этом «жизнь» аккумулятора электромобиля не всегда заканчивается. И об этом чуть ниже.
Что делать с использованными аккумуляторами
Через какое-то определенное время наступает такой момент, когда аккумулятор электромобиля становится малопригоден к дальнейшей эксплуатации и появляется необходимость его замены на новый.
А что же делать со старым?
Существуют три варианта:
1) Утилизировать;
2) Использовать повторно, но в других целях;
3) Переработать для получения вторсырья, пригодного для дальнейшего использования.
Рассмотрим вкратце каждый их этих вариантов отдельно.
1) Утилизация аккумуляторов электромобилей
В данном случае под словом «утилизация» подразумевается простое избавление от аккумулятора, как от мусора – вывоз на общую свалку, захоронение в земле, затопление в водоеме и т. д.
Однако этот вариант на сегодняшний день абсолютно не приемлем.
Внутри литий-ионной батареи находится много токсичных веществ. Проникая в почву и в воду, они впоследствии попадают в организм животных и человека, нанося непоправимый вред их здоровью.
В большинстве стран (по-крайней мере, цивилизованных), запрещено смешивать и выбрасывать даже маленькие аккумуляторы гаджетов (смартфонов, планшетов и т. д.) вместе с остальным бытовым мусором. Тем более, этот запрет касается весьма внушительных аккумуляторов электромобилей.
А что же с ними делать для того, чтобы они не наносили вред окружающей среде? Да плюс еще, чтобы приносили какую-то пользу и, в определенных случаях, даже прибыль?
Обо всем об этом – чуть ниже.
2) Повторное использование аккумулятора
Аккумулятор электромобиля можно использовать по своему прямому назначению (как источник энергии в электрокаре) только до определенных пределов. А именно – до тех пор, пока предельная емкость батареи не опустится со временем до 70-80% от своей первоначальной.
Дальнейшая ее эксплуатация в электромобиле станет нецелесообразной, так как максимальный пробег машины при полной зарядке значительно уменьшится. Хотя, эксплуатационные расходы останутся на том же уровне.
Однако это совсем не означает, что этот аккумулятор нужно отправить в утиль или на переработку. Можно найти ему такие области применения, где он успешно проработает еще не один год. Например, в системах накопления энергии (СНЭ).
Ниже приведены некоторые примеры такого применения:
- Хранилище электроэнергии, получаемой от использования солнечных панелей;
- Накопитель энергии, получаемой от ветряных электростанций;
- Стационарный накопитель для стабилизации напряжения в электрических сетях.
- Использование в вилочных электропогрузчиках и другой технике, где пробег не является основным критерием.
Но, в конце концов, через какое-то время обязательно наступит такой момент, когда аккумулятор электромобиля окончательно выработает свой ресурс и уже не будет пригоден ни к какому использованию.
И тогда останется только одно – его полная разборка и переработка.
3) Переработка использованных аккумуляторов
Под термином «переработка» в данном случае подразумевается полная разборка аккумуляторной батареи и извлечение из нее соответствующими способами всех компонентов, входящих в ее состав.
Цель переработки – дальнейшее (вторичное) использование извлеченных таким образом компонентов (материалов) в производстве новых аккумуляторных батарей. Да и не только батарей.
И еще одна очень важная цель – предотвращение загрязнения окружающей среды токсичными веществами, содержащимися в аккумуляторе. Ведь они опять пойдут в дело, а не будут просто утилизированы, как бытовой мусор.
Теперь пару слов о том, что представляет собой процесс переработки.
На сегодняшний день существуют три основных способа переработки:
1. Механический
Это когда аккумулятор электромобиля разбирается, измельчается и его материалы разделяются на отдельные компоненты с помощью механических методов.
2. Пирометаллургический
Аккумулятор, опять же, измельчается и подвергается воздействию очень высоких температур. При этом активируются окислительно-восстановительные реакции, необходимые для очистки ценных металлов.
3. Гидрометаллургический
Этот способ заключается в том, что металлы, из которых состоит аккумулятор электромобиля, растворяются в различных кислотах. Затем путем модификации химического состава фазы растворителя происходит их последующее осаждение.
Надо сказать, что первый из этих способов – механический – самый экономичный. Однако не самый эффективный – при его применении удается получить только 30-40% вторсырья.
Пирометаллургический и гидрометаллургический способы очень энергозатратны. Однако с их помощью можно получить до 90% вторичных ценных металлов.
Куда девать использованный аккумулятор электромобиля
Ответ на этот вопрос очень простой. За утилизацию и переработку использованных аккумуляторов электромобилей отвечают их производители. Значит, они и должны принимать отработавшие свой ресурс батареи. Причем без взимания всякой платы с их пользователей.
Ну, а о том, что они могут сделать с этими батареями дальше, надеюсь, вам стало понятно после прочтения этой статьи.
Похожие статьи на сайте по этой тематике: