大眾電池回收技術(shù)

文：吳韌彥

汽車電動化轉(zhuǎn)型的一大挑戰(zhàn)是電池回收，按照電池普遍5到8年的使用壽命推算，2020年后將迎來第一波電池報廢高峰期。鋰電池中的鈷、鎳、錳都需要經(jīng)過開采、冶煉，若不能妥善處理，最終會污染土壤和水。而這些材料也可能隨著需求的增長，出現(xiàn)漲價和短缺。雖然人們都寄希望于電池回收，但鋰電池的回收，跟紙張、玻璃、鉛酸電池的回收性質(zhì)不同，鋰電池分離起來更困難，即便回收方式在改良，其中也大約只有一半的材料可被再次提取和利用。

至于解決方案，有多個方向，除了改良再生利用的技術(shù)，還有延長電池的壽命，或是為退役后的汽車電池找到其他的用武之地，比如用作快充站、給工廠設(shè)備充電、用來儲存太陽能或風(fēng)能等。也有車廠試圖減少某些材料在電池中的使用，比如特斯拉宣稱將在電池中逐步不再使用鈷。另一方面，電池回收商面臨著諸多困局。不同電池制造商采用不同的模塊、成分、電池類型，這讓回收過程更低效也更昂貴。而出于對投入回報率的考量，他們需要在運輸、處理電池所需的費用，以及可再利用材料的價值之間，反復(fù)權(quán)衡。

目前全球約有100家公司正在從事電池回收業(yè)務(wù)或計劃開展相關(guān)業(yè)務(wù)。知名公司包括Li-Cycle、Redwood Materials、Northvolt和Hydro等。加拿大公司Li-Cycle是電池回收業(yè)的佼佼者，他們的Spoke &Hub專利技術(shù)為濕法冶金工藝，能回收再利用95%的鋰電池材料，且能耗低、零排放，成本低于通過采礦獲得新材料。目前他們每年能處理5000噸鋰電池（全球每年需回收處理的鋰電池約為46.5萬噸），與14家車企建立了合作關(guān)系，還計劃向歐洲、亞洲拓展業(yè)務(wù)。

與此同時，車企也開始自建回收業(yè)務(wù)，比如今年1月大眾在德國薩爾茨吉特（Salzgitter）的試點回收工廠投入運營。該工廠只處理無法再次使用的電池，在處理前會進行一輪專業(yè)評估。一般電池再處理是通過能量密集型的高溫熔煉，這會降低回收率，產(chǎn)生有害氣體，而他們先是通過機械粉碎，把零部件粉碎成顆粒，待干燥、過濾后，再使用水和化學(xué)制劑，進入濕法冶金過程（后一過程由合作方完成）。

從中不只能回收鋁、銅、塑料，還包括了鋰、鈷、鎳、錳。他們的目標是使回收率達到95%甚至是97%。試點工廠初始的年處理量約為3600塊電動車電池，重量相當(dāng)于1500噸。有人可能會質(zhì)疑從舊電池回收來的材料，能否保有原有的質(zhì)量。大眾表示其效能跟新材料一致，他們還計劃將這些材料投入新電池的生產(chǎn)。

NEED TO KNOW

今年3月15日，大眾舉辦了一場電池日活動，披露了一系列在電池上的新布局，包括在世界各地建電池工廠、將電池的制造成本減少50%、推出統(tǒng)一的方形電池設(shè)計、擴大充電站的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)布充電機器人等，還表達了對固態(tài)電池技術(shù)的青睞。他們希望能在降低電池成本、復(fù)雜度的同時，還能增加續(xù)航里程、改善性能。雙向充電也將是大眾的一個發(fā)力點。汽車本身可充當(dāng)“充電寶”，太陽能等綠色能源將能儲存其中，車主可將其作為家庭用電的擴充?；顒赢?dāng)日，作為瑞典電池制造商Northvolt的投資方之一，大眾還與之簽訂了為期10年、價值超過140億美元的訂單。

Toyota Fuel Cell Module豐田燃料電池模塊

文：吳韌彥

雖然埃隆·馬斯克不屑于氫燃料電池，認為其不可能成功，但也有汽車制造商并不理會他的論斷。比如豐田仍舊在此方向上不懈推進。今年2月，豐田推出了燃料電池模塊，該模塊可用于卡車、巴士、火車、輪船以及發(fā)電機上，有望從今年春天開始發(fā)售。該模塊基于豐田長達28年的燃料電池開發(fā)經(jīng)驗而打造。除了推出Mirai燃料電池轎車、Sora燃料電池巴士，此前豐田還和多種交通工具的公司展開合作，包括出租車、餐車、醫(yī)療用車、鏟車、移動供電車、輕重型卡車、巴士、火車、輪船等，甚至還計劃和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）聯(lián)手推出月球車，以開拓燃料電池的多元應(yīng)用。此舉還可增加對氫氣的需求，降低成本，加快基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，最終吸引更多的用戶。

第一代Mirai于2014年推出，去年年底豐田推出了第二代Mirai。除了降價、提高顏值外，第二代Mirai增加了一個氫氣罐，續(xù)航里程可達到650公里，加氫可在5分鐘內(nèi)完成，車主還能免費加氫3年。第二代Mirai從前驅(qū)改成了后驅(qū)，運動感更強，預(yù)計銷售量可以達到第一代的十倍。Mirai在日本以外的國家銷量一般，還要面臨本田Clarity、現(xiàn)代Nexo等車型的競爭，當(dāng)然最強勁的對手還是其他類型的電池電動車。Sora燃料電池巴士2018年起在日本開售，在東京奧運會前已有100多輛投入使用。

在數(shù)量始終增長緩慢的前提下，將燃料電池的應(yīng)用拓展到其他行業(yè)，不失為一種突圍之道。對于重型車輛而言，氫燃料電池的優(yōu)勢越發(fā)凸顯，更輕，加氫時間更短，而且續(xù)航里程預(yù)期將達到800～1200公里。

豐田新推出的模塊對Mirai上的燃料電池系統(tǒng)進行了多處優(yōu)化，如電池堆組裝方式，空氣和氫氣的供給、冷卻和功率控制等。模塊分為垂直型（Type 1）和水平型（Type 2）兩種，重量分別為250千克和240千克，輸出功率為60千瓦或80千瓦，電壓范圍為400～750伏特。根據(jù)安裝位置和功率不同，模塊共有四種制式，還可以組合使用，以達到空間尺寸和動力的要求。

豐田的燃料電池模塊還取消了加濕器，過程中產(chǎn)生的水將發(fā)生循環(huán)。模塊安裝便利，可與電動機、逆變器、電池等電子儀器直接相連。內(nèi)置的升壓轉(zhuǎn)換器還簡化了燃料電池產(chǎn)品的開發(fā)和制造。模塊具有多個安全功能，如檢測氫氣泄漏并及時切斷，還能應(yīng)對高低溫、高海拔、多震動等困難情境。在使用模塊時，用戶還能得到資深工程師的支持，選出最佳的布置和設(shè)計。

NEED TO KNOW

氫燃料電池廣泛推行中存在不少阻礙，如缺少加氫站，氫氣價格偏貴、不夠易得，電池中需要用到鉑，儲存氫氣時的冷卻液化增加了成本，以及氫燃料車的保值率不明等。為了加快這一進程，豐田正在解決氫氣“綠色”供應(yīng)的問題，并積極開拓氫氣的多元應(yīng)用。氫氣一般是從化石燃料中提取，會在過程中產(chǎn)生二氧化碳，不過從農(nóng)業(yè)或是廢污工廠提取氫氣的做法，已逐漸增多。2020年3月，豐田在日本建造了世界最大的制氫工廠之一，使用太陽能來制氫。在加州豐田甚至提出“牛到車”的燃料供應(yīng)模式，搜集牛排放的甲烷，再轉(zhuǎn)化成氫氣。在豐田設(shè)想的未來城市Woven City中，在陽光充沛的地區(qū)，使用太陽能的工廠能將海水變?yōu)闅錃狻Ａ硗?，可再生能源發(fā)的電，也可以通過水電解的方式，轉(zhuǎn)化成氫氣（壓縮氣體或液體）儲存、運輸。