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的垂直行业.

锂离子电池行业正在经历一个极端增长的时期,未来10年的年产量预计将增长20倍以上(2018年约150 GWhr,而不是3倍以上),2028年为000千瓦时). 电池制造业的这种迅猛增长,正导致人们对供应这些超级工厂的原材料和精炼原料的需求永无止境.

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, 而新的采矿和精炼设施正在世界各地上线,试图满足这种不断增长的需求, 通过回收过程获得的二次材料将在新能源革命中发挥转变作用.

因此,当梅尔塞特遇见博天堂的首席执行官道格·科尔时,一场清洁能源合作就这样诞生了. 这两个人是由博天堂团队的一名成员介绍的,他是在一次电池金属行业会议上第一次见到梅尔塞特的. 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工艺,从电动汽车的报废电池中提取原料, 消费电子和工具, 还有储能项目, 还有电池制造过程中的废料.

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,为电池金属创造循环经济,并作为道德和环境可持续的关键材料采购的冠军树立了一个新标准. 博天堂主要有三个业务部门:

  • 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

梅尔塞特和博天堂技术团队的成员之前曾评估过世界上一些最大的锂离子电池制造商, 负责识别和审查生产过程,以及处理回收的有缺陷电池和报废电池的回收商. 正是这项调查让梅尔塞特和他的同事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是由一系列脱节的设施组成的,这些设施试图以一种类似于传统废金属的方式来处理这种原料,”Melsert. “这一过程通常包括一个对电池组进行散装放电的设施, 模块, 和细胞,然后手动拆卸包和模块到细胞和支持材料. 另一种设备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等方式提取金属精矿.”

根据Melsert, 这些提取出来的金属通常被送到第三个设施进行进一步的提纯,并转化为电池级原料. 这种脱节的运作带来了很高的物流和运输成本, 长达八周的居留时间, 化学试剂成本高, 经济价值回收率低, 通常只有镍, 钴, 铜被回收, 而铝, 锰, 锂被填埋, 整体经济回报也很低.

尽管人们对新项目越来越感兴趣, 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和, 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. 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年将增至每年超过50亿美元.

博天堂锂离子电池解决方案

解决这一迅速增长的需求和未开发的经济机会, 博天堂已经组建了一个技术团队,包括在地面设计行业的领导者, 建设, 运营着世界上最大的锂离子电池工厂之一, 他们对这些高价值材料的回收和再利用有第一手的知识. 通过一个有系统的过程通知逆向制造, 或者“电池去制造”, 梅尔塞特和他的团队开发了一种专有的回收系统,旨在经济地回收报废电池包和制造过程中每一步的材料垃圾.

而不是试图将原料融入现有的回收过程, 博天堂的第一类加工列车是由第一原则设计,专门为这些电池材料和生产电池级原料.

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理解, 博天堂验证了一种系统,该系统在单个设施中是独立的,能够完全充电, 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), 并取得极具吸引力的经济盈利能力.

博天堂循环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, 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单独的组件.

这些分离的组件包括模块材料(铝), 铁和钢, 和塑料), 电池外壳材料(铝/铁/钢), 电极上的衬底箔(铝和铜), 电介质分隔符, 电解液由液体电解质和溶解的固体组成的液体产品, 还有一种固体粉末压成的蛋糕,传统上被称为黑色团块.

铝、铜和钢铁产品被卖到废品市场. 液体流通过内联水处理系统进行处理和回收. 处理后的水通过这个过程循环使用,在处理过程的最后,比从原始城市水源进入博天堂设施的水更清洁.

然后,黑色的物质被送入博天堂的化学处理回路. 当黑色物质经过酸溶解时, 杂质去除, 以及选择性提取过程, 博天堂回收列车还产生了四种额外的产品:电池级的硫酸镍粉末, 硫酸钴, 硫酸锰, 和氢氧化锂.

剩余的盐水主要由溶解和提取过程中使用的酸碱试剂中的反离子组成. 通过专利和高效能源再生过程, 这些反离子被再生回新的酸和碱原料,以闭环方式循环使用.

而这两个循环被设计成互补的协同作用, 他们也能够独立运作.

该系统以这种方式实现,允许在只构建第一个主回路的前提下大幅降低资本成本. 它还允许在增加第二回路的复杂性之前,将资源集中在机械操作的调试和优化上. 在一起, 这减少了与建设博天堂试点设施相关的财务风险, 预计2021年底上线.

另外, 这种方法允许博天堂规划未来的商业设施, 每个计划处理超过100个,000吨/年. 博天堂目前正在评估美国和国外的几个地点,这些地点可以为快速扩张和物流的便利进行优化.

博天堂回收解决方案通过吸收电池材料——无论是在寿命结束时的包装形式,还是在制造过程中以废物和缺陷的形式——在价值链中创造了循环,这些材料被回收成电池级金属. 这些废料包括:活性物质的粉末, 压滤污泥是从废水处理系统中提取的活性物质, 全活性物质浆, 涂层和未涂层电极, 缠绕和堆叠的电极单元细胞, 未证实的细胞, 缺陷的细胞, 和模块下的所有状态的组装.

博天堂回收过程能够将元素产品提取和净化成电池级材料. 博天堂技术团队在建立资格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. 从头开始设计一个系统,以确保这些原料符合电池级标准,将使这些提取的金属产品以闭环循环的方式返回到电池供应链.

创造可持续发展的未来

博天堂的平台围绕着提供清洁的目标, 安全, 通过创新和可持续的过程确保能源安全. 博天堂的每一个闭环循环过程——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,以推动全球向可再生能源的过渡. 上述无废物和环境可持续的过程, 此外,该试点工厂将使用可再生能源来减少排放, 使博天堂能够对多种电池金属供应流产生积极影响,并改善该国朝着更绿色未来的进展.

博天堂是为数不多的发展电池回收循环经济的公司之一,这将使该公司在供应链本地化中发挥转型作用,以减少地缘政治, 环境, 和劳动风险. 这一转变将要求美国做出重大转变,并需要政治意愿和公共/私营部门的战略合作,以鼓励大规模回收锂离子电池,并简化管理电池原料运输和存储的复杂政策网络.

今天的美国严重依赖外国来源获得关键材料, 包括像锂这样的电池金属, 钴, 和镍, 这对电池驱动的未来至关重要. 例如,预计未来几年锂的需求将出现爆炸式增长. 然而,, 目前约87%的锂来自三个国家(澳大利亚, 智利, 专家预测,到2030年,每年的缺口将达到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惯例, 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, 将我们国家的经济和能源安全置于不必要的风险之中. 正如我们在COVID-19大流行期间目睹的那样, 当某些国家封锁时, 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 关于国内供应链, 是为了评估和减轻固有的地缘政治因素吗, 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,以使美国关键矿物的国内制造成为可能并扩大规模,以应对这些国家安全和环境影响挑战. 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, 和博天堂谦卑,在2021年初博天堂 CTO, 瑞安Melsert, 获委任为CMI的技术谘询委员会成员,以协助指引CMI的发展方向和技术路线图.

美国的能源安全要求该国迅速采取行动,确保并推进其国内丰富的关键材料来源. 在美国,锂的两大来源都来自地下的矿床, 此外,越来越多的锂离子电池已经达到了汽车的使用寿命, 手机, 和其他个人电子产品. 而报废的电动汽车电池将随着时间的推移而扩大规模, 手机, 电脑, 电动工具构成了潜在原料的很大一部分,这些东西现在可以回收利用,而不是被扔进垃圾填埋场, 它们的潜在价值还有待挖掘.

博天堂是一个积极的政策支持者的概念,获取关键材料是一个最好的解决问题的战略伙伴关系,结合经济效率和灵活性的私营部门与国家安全任务的公共部门的政策制定. 通过建立这种伙伴关系, 政府机构可以通过促进技术投资来加强国内供应链,以解锁关键材料的国内来源,并消除阻碍这种新基础设施发展和扩大的障碍.

美国能源部(United States Department of Energy)最近对生产关键矿物的美国公司的投资,为这种合作关系树立了一个有用的模式. 博天堂被美国能源部的先进制造办公室选中,价格为4美元.500万美元的资金用于推进该公司内部首次开发的从内华达的粘土沉积岩资源中提取和制造电池级氢氧化锂的工艺.

博天堂的拨款合作伙伴是杜邦水解决方案公司和美国锂电公司, 的Tonopah, 内华达州TLC项目包括6个,在北美,博天堂的开采方法可以在现场得到大规模验证,它是北美最大的锂资源之一. 在这笔赠款的支持下, 这三家公司和能源部的科学家将共同努力,快速从独特的粘土岩矿床中提取锂, 经济, 以及环境可持续发展的方式. 他们的成功有望改变美国国内的锂供应,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, 在全球供应链中的重要性.

最近的 U.S. 美国供应链的行政命令 鼓励政府加大与博天堂等公司的合作, 杜邦水解决方案, 以及美国锂业(American Lithium),以解决供应链中的漏洞, 这也将在全国范围内带来新的绿色就业机会的显著增长. 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个新的就业机会,这是其锂离子电池回收试验工厂和能源部拨款投资的结果, 这个数字可能在五年内增长几百. 从最初的联合项目开始,美国锂业也将看到类似的数字.

NiSO4水合物样本

关于美国供应链的行政命令遵循了一个补充 关键矿产行政命令 2018年发布, 行政命令是非常重要的, 两党朝着确保美国供应链安全迈出了一步. 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, 以及对循环利用和国内开采的更大激励, 更新监管环境,认识到在安全领域发生的巨大创新, 运输, 回收, 以及其他开采和生产实践. 由此产生的无党派, 协同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年), 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. “锂在全球能源转型中的临界性评估和解决交通运输方面的政策差距”. Nat comm11, 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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