博天堂足彩网下载的首席技术官, 瑞安Melsert, 讨论公司的电池回收过程和绿色能源垂直领域.

锂离子电池行业正在经历一段极端的增长期,预计未来10年的年产量将增长20倍以上(2018年约为150gwhr,而2018年将超过3gwhr,2028年为000兆瓦时). 电池制造业的这种戏剧性增长,为这些超级工厂提供的原材料和精炼原料带来了无法满足的需求.

锂离子电池
博天堂试验工厂

博天堂足彩网下载(博天堂)首席技术官表示, 瑞安Melsert, 以前R&特斯拉电池材料加工经理, 与此同时,新的采矿和精炼设施正在世界各地投入使用,试图满足日益增长的需求, 通过回收过程收获的二次材料将在新能源革命中发挥转型作用.

因此,当梅尔塞特遇到博天堂首席执行官道格·科尔时,一场清洁能源合作就此诞生. 他们是由博天堂团队的一名成员介绍认识的,这名成员是在一次电池金属行业会议上认识梅尔塞特的. 在接下来的几个月里, 后续讨论包括巩固博天堂增加关键材料国内生产的目标, 以及梅尔塞特实施专利的计划, 首开先河, 锂离子电池回收过程在一个完全集成的设施. 科尔和梅尔塞特很快意识到,他们的目标在战略上是一致的, 他们同意联合起来.

博天堂的新团队开发了一种新的锂离子电池回收过程,从电动汽车的报废电池中获取原料, 消费电子及工具, 以及储能项目, 以及电池制造过程中的废料和废料.

以前是一家在内华达州拥有土地资产的锂勘探公司, 博天堂已经成长为一个清洁技术平台,为电池金属创造了循环经济,并为关键材料的道德和环境可持续采购树立了新的标准. 博天堂有三个主要业务部门:

  • 回收锂离子电池,回收和再利用电池金属;
  • The extraction of battery metals from primary resources; and
  • 全球新矿产资源的勘探和管理.

识别锂离子电池行业的问题

Melsert和博天堂技术团队的成员此前评估了世界上最大的一些锂离子电池制造商, 负责确定和审查生产流程和电池回收商,这些回收商负责处理被回收的有缺陷的和报废的电池. 正是这项研究让Melsert和他的同事们发现了新生的锂离子电池回收领域的重大缺陷.

“目前,锂离子电池材料的回收利用由一系列互不相连的设施组成,这些设施试图以类似于传统废弃金属的方式处理这些原料,”Melsert. “这一过程通常包括对电池组进行大规模放电的设施, 模块, 和细胞,然后手动拆卸包和模块到细胞和支持材料. 第二个设施将单个细胞进行焙烧或粉碎,然后通过熔炼或浸出和湿法冶金列车提取金属精矿.”

根据Melsert, 这些提取的金属通常被送到第三个设备进行额外的提纯和转化为电池级原料. 这种脱节的操作产生了很高的物流和运输成本, 长达八周的居住时间, 化学试剂成本高, 经济价值回收低, 通常只有镍, 钴, 铜被回收, 而铝, 锰, 而锂则被填埋, 整体经济回报较低.

尽管人们对新项目的兴趣越来越大, 目前的锂离子电池回收行业还不够成熟,效率低下. 作为一个结果, 该行业一直无法提供有吸引力的经济回报, 作为一个结果, 据报道,目前全球只有不到5%的锂离子电池材料被回收利用. 2018年,从这些报废电池中提取的潜在价值高达每年5亿美元, 到2028年,将增至每年50亿美元以上.

博天堂锂离子电池解决方案

解决这一迅速增长的需求和尚未开发的经济机会, 博天堂已经组建了一个技术团队,其中包括行业领先的地面设计, 建设, 以及世界上最大的锂离子电池工厂之一的运营, 他们对回收和再利用这些高价值材料的机会有第一手的知识. 通过一个有系统的过程,以逆向制造为依据, 或者“电池的拆解”, 梅尔塞特和他的团队已经开发了一套专利回收系统,旨在经济地回收使用寿命结束的电池组和制造过程中的每一步材料废料.

而不是试图将原料融入现有的回收过程, 博天堂的第一种处理系列是根据第一原则设计的,专门用于这些电池材料和电池级原料的生产.

有了这些指导原则和对制造电池和电池组的化学处理和物理的基本了解, 博天堂验证了一个系统,该系统在单个设施中是独立的,并且能够充满电, 完整的电池模块,无需手动拆卸. 通过创新的再生技术,该工艺显示出极低的化学试剂成本, 回收所有金属元素(包括铝), 锰, 和锂), 并获得极具吸引力的经济利润.

博天堂回收过程由两个主要循环组成. 第一个是机械加工循环, 将非放电电池作为组装模块使用, 细胞, 和电池材料. 它使用自动化机械将这些原料分解并分离成它们各自的组件.

这些分离的部件包括来自模块的材料(铝), 铁和钢, 和塑料), 电池外壳材料(铝/铁/钢), 衬底箔从电极(铝和铜), 电介质分隔符, 由液体电解质和溶解的固体组成的液体产品, 以及一种被压实的粉饼,传统上称为黑质.

铝、铜和钢铁产品被卖到废品市场. 液流由内联水处理系统处理和回收. 处理后的水通过这一过程循环使用,在处理过程结束时比从原始城市水源进入博天堂设施时更清洁.

然后,黑色物质被送入博天堂的化学处理回路. 黑色物质通过酸溶解, 杂质去除, 和选择性提取过程, 博天堂回收列车产生另外四种产品:电池级硫酸镍粉末, 硫酸钴, 硫酸锰, 和氢氧化锂.

剩下的卤水主要由溶解和萃取过程中使用的酸碱试剂中的反离子组成. 通过专有的高效能源再生过程, 这些反离子被再生成新的酸和碱原料,以闭环方式重复使用.

而这两个循环的设计是相互补充的协同作用, 它们也能独立工作.

以这种方式实现这个系统,可以大大降低仅构建第一个主回路的前期资本成本. 在增加第二循环的复杂性之前,还可以将资源集中在机械操作的调试和优化上. 在一起, 这降低了建立博天堂试点设施的财务风险, 预计2021年底上线的是什么.

另外, 这种方法允许博天堂规划未来的商业设施, 哪一个被指定处理超过100个,000吨/年. 博天堂目前正在评估美国和国外的几个地点,这些地点可以进行优化,以快速扩大规模和简化物流.

博天堂回收解决方案通过将电池材料回收为电池级金属,从而在价值链中创造了循环性——无论是在电池报废时的包装形式,还是在制造过程中的废物和缺陷形式. 这些废物包括:活性物质的粉末, 从废水处理系统中提取的活性物质的压榨污泥, 充满活性物质的浆料, 涂层电极和未涂层电极, 缠绕和堆叠电极单元电池, 未证实的细胞, 缺陷的细胞, 以及所有组装状态下的模块.

博天堂回收工艺能够将元素产品提取和提纯成电池级材料. 博天堂技术团队在建立认证和质量控制标准方面有着丰富的经验,这些标准定义了如何由世界上最大的电池制造商之一验证电池级原料. 从头设计一个系统,以确保这些原料将满足电池级标准,将使这些提取的金属产品以闭环循环的方式返回电池供应链.

创造可持续的未来

博天堂的平台围绕着提供清洁服务的目标, 安全, 通过创新和可持续的进程确保能源安全. 博天堂的每一个闭环回收过程——从能源和水的使用到消除空气排放——都有助于公司实现其环境和社会目标,以应对气候变化和促进当地经济的方式增加电池金属的生产. 博天堂正在为生产高纯度材料铺平道路,为全球向可再生能源过渡提供燃料. 上文所述的无废物和环境可持续的过程, 此外,该试验厂将通过可再生能源供电,以减少排放, 使博天堂能够对多种电池金属供应流产生积极影响,并促进该国朝着更加绿色的未来前进.

博天堂是为数不多的为电池回收开发循环经济的公司之一,这将使该公司在本地化供应链中发挥转型作用,以减少地缘政治, 环境, 和劳动风险. 这一转变将需要美国做出重大转变,需要政治意愿和公共/私人战略合作来鼓励大量回收锂离子电池,并简化管理电池原料运输和储存的复杂政策网络.

可悲的是,今天的美国在关键材料方面严重依赖外国来源, 包括锂等电池金属, 钴, 和镍, 这对电池供电的未来至关重要. 例如,锂需求预计将在未来几年爆炸式增长. 然而,, 目前大约87%的锂来自三个国家(澳大利亚, 智利, 专家预测,到2030年,每年的缺口将高达25万吨.2

这种依赖危及美国的能源安全和经济未来. 外国资源往往依赖于忽视环境可持续性的商业做法, 劳动保护, 或反腐败标准. 此外, 随着各国实施越来越多的保护主义政策, 这些关键材料可能会被外国供应商扣留, 使我们国家的经济和能源安全面临不必要的风险. 正如我们在COVID-19大流行期间所看到的那样, 当某些国家封锁的时候, 供应链暂时中断, 更强调服务国内需求,而不是国际客户.

拜登政府最近承认了这些供应链风险 行政命令 国内供应链, 它的目的是评估和缓和固有的地缘政治, 经济, 以及继续依赖外国的环境风险. 美国关键矿物研究所(CMI), 美国能源部的能源创新中心, 重点研究, 发展, 以及新技术的商业化,使美国国内关键矿物的制造得以实现并扩大规模,以应对这些对国家安全和环境的挑战. 该研究所由许多关键材料行业的顶级研究人员和公司组成, 在2021年初博天堂的CTO, 瑞安Melsert, 被任命为CMI的技术顾问委员会,以帮助指导其方向和技术路线图.

美国的能源安全要求该国迅速采取行动,确保并推进其丰富的国内关键材料来源. 在美国,锂的两大来源都来自地下矿藏, 还有越来越多的锂离子电池已经达到了它们的使用寿命, 手机, 和其他个人电子产品. 而电动汽车电池的寿命将随着时间的推移而扩大, 手机, 电脑, 电动工具构成了潜在原料的很大一部分,这些物品现在已经准备好回收,而不是被扔进垃圾填埋场, 它们的潜在价值有待挖掘的地方.

博天堂是一个积极的政策支持者的概念,关键材料的获取是一个最好的解决的战略伙伴关系,将经济效率和私营部门的灵活性与公共部门政策制定的国家安全任务相结合. 通过建立这种伙伴关系, 政府机构可以通过促进对技术的投资来加强国内供应链,从而打开关键材料的国内来源,并消除阻碍新基础设施发展和扩大规模的障碍.

美国能源部最近对生产关键矿物的美国公司的投资说明了这种伙伴关系的有用模式. 博天堂以4美元的价格被美国能源部先进制造办公室选中.500万美元的拨款,用于推进其内部开发的第一种从内华达州的粘土沉积资源中提取和制造电池级氢氧化锂的工艺.

博天堂的资助伙伴是杜邦水解决方案公司和美国锂业公司, 的Tonopah, 内华达州TLC项目涵盖6个,这是北美最大的锂资源之一,博天堂的开采方法可以在该地区大规模验证. 在这项拨款的支持下, 来自这三家公司和美国能源部的科学家将共同努力,从独特的粘土沉积中提取锂, 经济, 环境可持续发展的方式. 他们的成功有望改变美国国内锂的可用性,以满足美国的能源需求,同时促进美国的清洁能源, 循环经济, 以及在全球供应链中的重要性.

最近的 U.S. 关于美国供应链的行政命令 鼓励政府与博天堂等公司加强合作, 杜邦水解决方案, 以及美国锂业,以解决供应链中的漏洞, 这也将导致全国新的绿色工作岗位的显著增长. 博天堂承诺在未来两年内在内华达州的当地社区创造至少50个新的工作岗位,这是其锂离子电池回收试点工厂和能源部拨款投资的结果, 这个数字在五年内可能会增加几百个. 从最初的联合项目开始,美国锂业将看到类似的数据.

NiSO4水合物样本

关于美国供应链的行政命令遵循一个补充 关键矿物行政命令 2018年发布, 行政命令是很重要的, 两党共同努力,确保美国供应链的安全. But much more work is needed; from new procurement policies that support domestic suppliers of critical materials, 建立此类金属的战略储备,以避免供应链中断, 以及对回收利用和国内开采的更大激励, 更新监管环境,承认安全领域的巨大创新, 运输, 回收, 以及其他提取和生产实践. 由此产生的无党派, 协调一致的努力将加强美国国内供应链, 加速向“电池驱动”经济发展,增强美国和全球经济安全.

参考文献

  1. 国际能源署(2020), Covid-19危机后的清洁能源进展将需要关键矿物的可靠供应, 国际能源机构, 巴黎www.国际能源机构.org/articles/clean-energy-progress-after-the-covid-19-crisis-will-need-reliable-supplies-of-critical-minerals
  2. Greim P.所罗门,.A. & 布雷耶,C. 评估锂在全球能源转型中的重要性,并解决交通领域的政策差距. Nat Commun 11,4570 (2020). ttp: / / doi.org/10.1038/s412-y

请注意,这篇文章也将出现在我们的第六版 季度出版.

 

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