Літій-іонні акумулятори та глобальне споживання ресурсів

Протягом останніх двох десятиліть літій-іонні акумулятори спричинили трансформацію споживання металів та мінералів. Очікується, що ситуація зміниться ще більше, оскільки літій-іонні акумулятори еволюціонують від портативних застосувань, таких як мобільний телефон з невеликим акумулятором ємністю 10 Вт·год, до електромобілів з акумулятором ємністю 50–100 кВт·год та до гігантських систем накопичення енергії (ESS) з акумуляторними блоками ємністю до 10 МВт·год.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

На початку тисячоліття лише невеликий відсоток кобальту та літію використовувався в акумуляторах, але до 2015 року 46% кобальту та 32% літію вже споживалося для виробництва літій-іонних акумуляторів. Інші матеріали, такі як графіт, нікель-марганець, мідь та алюміній, не зазнали настільки різких змін у споживанні.

Видобуток та ресурси літію

Знаходження достатньої кількості літію в сировині готує гірничодобувну промисловість до збільшення виробництва. Компактний акумулятор для електромобіля (Nissan Leaf) використовує близько 4 кг (9 фунтів) літію, і якби кожен чоловік, жінка та підліток у майбутньому водили електромобіль, міг би виникнути дефіцит літію. Чутки про такий дефіцит поширюються, можливо, передчасно, хоча ціна на літій коливатиметься залежно від попиту та пропозиції.

Близько 70 відсотків світового літію походить із розсолу (солоних озер); решта — із твердих порід. Науково-дослідні установи розробляють технології для видобутку літію з морської води. Китай є найбільшим споживачем літію, і є підозра щодо його накопичення. Китайці вважають, що майбутні автомобілі працюватимуть на літій-іонних акумуляторах, і необмежені постачання літію є для них важливим.

Попит та ринок літію

У 2009 році глобальний попит на літій досяг майже 92 000 метричних тонн, з яких 26% споживали акумулятори. До 2015 року саме акумулятори стали найбільшими споживачами літію. Хоча пандемія COVID-19 у 2020 році тимчасово зменшила попит, загальна тенденція вказує на подальше зростання.

Найбільшу частку літію споживають акумулятори. З появою електромобілів попит може різко зрости, але наразі у світі достатньо підтверджених запасів літію. COVID-19 у 2020 році тимчасово зупинив попит на літій.

Більшість відомих запасів літію знаходяться в Болівії, Аргентині, Чилі, Австралії та Китаї. Якість є прийнятною, і звіти показують, що Бразилія має запаси літієвих корисних копалин, які не тільки вищої якості, але й мають нижчі витрати на видобуток. Тим часом у 2019 році Західна Австралія стала виробником літію номер один у світі, другим за величиною виробником рідкісноземельних елементів, третім за величиною виробником кобальту у світі та четвертим за величиною виробником нікелю у світі.

Виклики видобутку та переробки

Запаси достатні, і побоювання щодо глобального дефіциту є спекулятивними. Щоб отримати одну тонну літію, Латинська Америка використовує 750 тонн розсолу, базового матеріалу для літію, і додає 24 місяці підготовки. Літій також можна переробляти необмежену кількість разів, але сьогодні не існує технології переробки, яка б здатна виробляти достатньо чистий літій для повторного використання в акумуляторах. Кажуть, що 20 тонн відпрацьованих літій-іонних акумуляторів дають одну тонну літію. Це допоможе збільшити постачання, але переробка може бути дорожчою, ніж видобуток нових запасів шляхом видобутку корисних копалин.

Літій зазвичай отримують з розсолу, що є водо- та енергоємним процесом. Для отримання 0,05-1 мг літію потрібен 1 літр розсолу/мінеральної води. Райони, багаті на літій, часто посушливі, і це збільшує вартість видобутку. Сухі та солоні умови також можуть негативно впливати на здоров'я людини. Видобуток морської води є дорожчим способом видобутку літію. Крім того, видобуток та рафінування металевого літію забруднює навколишнє середовище.

Хімія та властивості літію

Літій названий від грецького слова «літос», що означає «камінь». Цей м’який, сріблясто-білий метал належить до групи лужних металів і позначається символом Li. Він найлегший з усіх металів.

Більшість літій-іонних акумуляторів містять літій не в металевій формі, а в оксиді металу. Це відрізняється від металевих літієвих акумуляторів, які використовують літій як анод. Більшість металевих літієвих акумуляторів, доступних сьогодні, не є перезаряджаними.

Під впливом кисню літій утворює оксидний шар, подібний до іржі на залізі, який змінює його зовнішній вигляд. Вплив води на літій утворює водень та гідроксид літію. Через присутність кисню (O2 ) у повітрі та утворений водень (H2 ) , тепло, що утворюється в результаті реакції, може призвести до самозаймання.

Рідкоземельні матеріали та інші ризики

Літієва сировина в літій-іонному акумуляторі становить лише частку одного цента на ват, або менше 1 відсотка від вартості акумулятора. Акумулятор вартістю 10 000 доларів для гібридного автомобіля з підзарядкою містить літій на суму менше 100 доларів. Дефіцит під час виробництва мільйонів великих акумуляторів для транспортних засобів та стаціонарного обладнання може збільшити ціну, але наразі це не так.

Замість того, щоб турбуватися про брак літію, може виникнути дефіцит рідкоземельних матеріалів, якщо електромобілі замінять звичайні автомобілі. Одним із таких матеріалів є постійний магніт для електродвигунів. Постійні магніти є одними з найбільш енергоефективних двигунів. Китай контролює близько 95 відсотків світового ринку рідкоземельних металів і очікує використовувати більшу частину цих ресурсів для власного виробництва. Експорт рідкоземельних матеріалів суворо контролюється.

Рисунок 2: Типове літієве поле з морського дна