Warum Sulfate für EV-Batterien schlimmer sind als für Haare
Nano One sagt, es habe herausgefunden, wie man die Negative abbauen und gleichzeitig die Batteriekapazität erhöhen kann.
Viele von uns ärgern sich über Sulfate in Shampoo und Sulfite in Wein, aber ich habe gerade von den schrecklichen Auswirkungen der Verwendung von Sulfaten in der Batteriekathodenproduktion erfahren. Anscheinend führt die Art und Weise, wie die meisten Lithium-Ionen-Kathoden seit 30 Jahren hergestellt werden, zu einer kolossalen Menge an Abfall. Glücklicherweise habe ich von diesem Problem erfahren, als ich eine mögliche Lösung entdeckte.
Die Kathode ist die positive Elektrode einer Batterie, an der Ladeenergie angelegt wird. Bei den meisten heutigen Lithium-Ionen-Batterien bestehen diese aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (NMC). Die Art und Weise, wie diese hergestellt wurden, umfasst den Abbau der Metalle, ihre Umwandlung in Metallsulfate oder -salze, die Umwandlung von Lithiumcarbonat in Lithiumhydroxid und den Transport dieser Materialien zum Kathodenhersteller, wo sie mit Wasser gemischt werden. Ein ätzendes Material wie Natriumhydroxid wird hinzugefügt, um einen Pulvervorläufer auszufällen, der mit dem Lithiumhydroxid gemischt und in einem Ofen gebacken wird, um Körner aus lithiiertem Kathodenmaterial zu bilden. Anschließend wird in einem separaten Prozess eine spezielle Beschichtung aufgebracht.
220521 NANOLieferkettengrafik
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Das Verfahren liefert mindestens 1,8-mal so viel Natriumsulfatabfall wie Kathodenmaterial. Es ist nicht besonders schädlich für Mensch und Umwelt, aber es gibt wenig wirklichen Markt dafür, sodass es mit Wasser verdünnt und entsorgt oder deponiert wird. Dieses Setup war relativ tolerierbar, wenn 10.000 Tonnen pro Jahr verarbeitet wurden, um persönliche Elektronik und eine kleine EV-Flotte mit Strom zu versorgen; es ist bei den prognostizierten EV-Produktionsmengen nicht nachhaltig.
Eine Terawattstunde Batterieproduktion durch diesen Prozess – genug für 10 Millionen Batteriepakete mit durchschnittlich 100 kWh – wird mehr als 2 Millionen Tonnen Natriumsulfatabfall erzeugen. Benötigen Sie ein Bild? Das sind 500 NFL-Fußballfelder, die einen Fuß tief in Müll verstreut sind. Selbst dem schadstofftoleranten China gehen die Möglichkeiten zur Entsorgung dieses Abfallstroms aus. Erschwerend kommt hinzu, dass die Versandkosten und der ökologische Fußabdruck von Metallsulfaten fünfmal höher sind als bei Metallpulvern.
Nano One Materials Corporation schlägt eine bessere, sulfatfreie Idee vor. Sein One-Pot Metals to Cathode Active Materials (M2CAM)-Prozess mischt reines Metall, Lithiumcarbonat und Beschichtungsmaterialien in einem chemischen Prozess, um beschichtete lithiierte Pulver zu bilden, nachdem sie in einem Ofen gebrannt wurden. Dieser einfachere, direktere Prozess erfordert weniger Energie und Kapitalinvestitionen und ist daher jetzt kostenmäßig mit dem Legacy-Prozess konkurrenzfähig und verspricht, ihn durch weitere Verbesserungen zu unterbieten.
Patente sind angemeldet, also lässt Nano One nicht alle seine Katzen aus dem Sack, aber es sagt uns, dass der sulfatfreie M2CAM-Prozess in Wasser (mit 60 Prozent weniger davon) bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck stattfindet. Die Chemie ist umweltverträglich, verursacht keinen Abfall und senkt die Versandkosten für Rohstoffe um das Vier- bis Fünffache.
NNO One-Pot-Prozess
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Nano One sagt, dass es den Prozess modifizieren kann, um verschiedene Kathodenchemien für die Verwendung in traditionellen oder Festkörperbatterieformaten herzustellen, indem Formulierungen, Beschichtungen und Prozessparameter modifiziert werden. Und da sein One-Pot-Prozess die Kathodenmaterialien während ihrer Bildung beschichtet, werden die Beschichtungen auf jeden einzelnen Kristall innerhalb des größeren Partikels aufgetragen. Dies hilft, Nebenreaktionen wie Lithiumspitzen (die eine Batterie kurzschließen können) zu vermeiden, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.
Was ist mit der Gewinnung dieser reinen Metalle, fragen Sie? Abhängig von der Mine und dem Metallerz kann ein Raffinerieunternehmen das Metall mithilfe eines Prozesses kristallisieren, der chemische Reaktionen, Filter, Membranen und verschiedene elektrochemische Methoden umfasst, oder es mit Elektrizität plattieren, um eine Reinheit in Batteriequalität zu erreichen. Das klingt teuer, aber wir sind uns sicher, dass diese Ansätze in den meisten Fällen weniger kosten als die Herstellung von Metallsalzen – und denken Sie daran, dass die reinen Metallpulver leichter und billiger zu versenden sind.
Wann könnten diese „grüneren“ sulfatfreien Kathoden auf den Markt kommen? Nano One arbeitet mit Automobilunternehmen und -zulieferern zusammen, um die Nachfrage nach seinen Kathodenmaterialien zu steigern und gleichzeitig aktiv nach einem potenziellen Lizenznehmer oder Joint-Venture-Produktionspartner zu suchen. Das Unternehmen hofft, bis 2024 eine Pilotproduktionsanlage eröffnen zu können. Um der 500 fußtiefen Fußballfelder willen hoffen wir, dass es sich an dieses Timing halten kann.
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