Studie biedt sleutels voor het beheren van de instroom van EV-batterijen

Naarmate de productie van elektrische voertuigen over de hele wereld toeneemt, zal een inherent gevolg het wederzijds groeiende aantal gepensioneerde lithium-ionbatterijen zijn die, in tegenstelling tot traditionele loodzuuraccu’s, moeilijk weg te gooien zijn.

Een nieuwe door Cornell geleide studie identificeert verschillende sleutels voor een duurzaam beheer van de toestroom, met de nadruk op batterijchemie, toepassingen voor een tweede leven en recycling.

“Wat te doen met al deze afgedankte accu’s van elektrische voertuigen wordt een enorm probleem”, aldus Fengqi You, de Roxanne E. en Michael J. Zak Professor in Energy Systems Engineering, die geavanceerde modellering gebruikten om ecologische en economische afwegingen in hoe batterijen worden gebouwd, gebruikt en gerecycled.

De levenscyclusanalyse, die rekening hield met een verscheidenheid aan opties voor batterijmaterialen en -technologieën, wordt gedetailleerd beschreven in onderzoek dat op 5 november is gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang.

Vanaf het allereerste begin van de levenscyclus van een batterij, wanneer de grondstoffen uit de aarde worden gewonnen, bepaalt de economie beslissingen over de manier waarop de batterij wordt gebouwd.

“Lithium-ionbatterijen zijn tegenwoordig ontworpen voor prestaties en niet voor recycling of een tweede leven”, zei You, en merkte op dat batterijen van elektrische voertuigen doorgaans vijf tot twaalf jaar meegaan voordat ze de energiecapaciteit verliezen die nodig is om een ​​voertuig van stroom te voorzien. “Er is op dit moment weinig discussie over deze milieudimensies van het verbeteren van het batterijontwerp voor recycling of hergebruik.”

Een bevinding is dat de chemie van een batterij de algehele milieu-impact kan beïnvloeden. Kobalt is bijvoorbeeld een veelgebruikt batterijmateriaal dat, wanneer het wordt gedolven, energie-intensief is en schadelijk voor het milieu. Het vervangen van kobalt door nikkel kan die zorgen wegnemen, maar de meeste levenscyclusscenario’s laten zien dat er compromissen zijn.

“De aanwezigheid van kobalt, zelfs in relatief kleine hoeveelheden, in een batterijkathode leidt tot een veel minder oxidatieve omgeving voor andere componenten, waardoor de levensduur van de batterij wordt verlengd en de mogelijkheden voor een tweede leven en materiaalrecycling toenemen”, zegt Lynden Archer, de Joseph Joseph. Silbert Dean of Engineering en co-auteur van de studie.

Maar, zei Archer, de kosten van kobalt – en de associatie met uitbuitende kinderarbeid – hebben ertoe geleid dat het materiaal ‘conventioneel als ongewenst wordt beschouwd in de goedkope batterijen die nodig zijn voor een toekomst die alles elektrificeert’.

Uit de analyse bleek ook dat de totale ecologische voetafdruk van een batterij van een elektrische auto tot wel 17% kan worden verminderd als deze kan worden hergebruikt voordat deze wordt gerecycled. Een keuze voor hergebruik van batterijen zijn elektriciteitscentrales die wind- en zonne-energie opslaan. Er is steeds meer vraag naar dergelijke energieopslag en er kan gebruik worden gemaakt van afgedankte batterijen met een verminderde energiecapaciteit. En naarmate het aandeel hernieuwbare energie dat bijdraagt ​​aan het elektriciteitsnet groeit, neemt de ecologische voetafdruk van een hergebruikte batterij met ongeveer een kwart af.

De meeste van de hedendaagse recyclingfaciliteiten hebben moeite om zwaar versterkte autobatterijen uit elkaar te halen en de grondstoffen erin terug te winnen. Yanqiu Tao, een doctoraalstudent die co-auteur was van de studie, zei dat beleidsmakers manieren moeten overwegen om recyclingtechnieken te stimuleren die de duurzaamheid van de batterij optimaliseren.

“In de studie beschouwen we het veelgebruikte grafiet als het anode-actieve materiaal, dat moeilijk te recyclen is en koolstofdioxide afgeeft wanneer het wordt verbrand,” zei Tao. “Als beleidsmakers grafietscheiding of opkomende recyclingmethoden kunnen promoten, zou dat de milieu-impact verminderen.”