Через пять лет доля электромобилей среди общего числа транспортных средств может вырасти до 75−95%. Рост их производства может привести к повышению спроса на ряд критически важных металлов. Никель, литий, палладий и другие элементы играют ключевую роль в создании аккумуляторов, двигателей и систем управления. Разберемся, почему именно эти металлы используют в электромобилях.
Никель для повышения плотности энергии
Большинство современных транспортных аккумуляторов содержит никель: в некоторых видах содержание этого металла достигает 90%. Так, никель — ключевой компонент катодов в аккумуляторах:
- NMC, то есть литий-никель-марганец-кобальт-оксидных;
- NCA, то есть литий-никель-кобальт-алюминий-оксидных.
Такие батареи могут хранить много энергии, что критически важно для электротранспорта, которому нужно перемещаться на большие расстояния на одном заряде. Иначе машиной будет невозможно пользоваться — ее надо будет слишком часто подзаряжать, она может разрядиться посреди дороги. Емкость аккумуляторов с использованием никеля почти в два раза выше, чем у альтернативных вариантов. Кроме того, никель — легкий металл, батареи с ним меньше по размеру. А еще никельсодержащие аккумуляторы отличаются высокой эффективностью заряда: они быстро заряжаются без потерь энергии.
Потребление никеля для производства батарей для электротранспорта, по мнению исследователей, в ближайшее десятилетие мировой рынок литиевых аккумуляторов вырастет в 5−10 раз. Одна из причин в том, что некоторые страны планируют в будущем отказаться от транспорта с двигателями внутреннего сгорания.
Металлы платиновой группы как лучшие катализаторы
Палладий и платину не используют в литий-ионных аккумуляторах, но они незаменимы в качестве катализаторов в топливных водородных элементах для транспорта и некоторых электролизерах для получения зеленого водорода — то есть такого, для выделения которого применяют возобновляемую энергию ветра, солнца или воды.
Электротранспорт на водородных топливных элементах использует водород для выработки электричества, а металлы палладиевой группы катализируют нужные химические реакции, в частности окисления водорода. Это может привести к росту спроса. В этом случае к 2050 году для всей водородной энергетики потребуется как минимум в 9 раз больше палладия, чем сейчас, а платины примерно в 40 раз больше. При этом 41% всего мирового палладия добывают в «Норникеле».
Также палладий используют как катализатор в каталитических нейтрализаторах для двигателей автомобилей, в том числе гибридных. Это системы труб, покрытых оксидом металла, они преобразуют вредные соединения выхлопных газов в безобидные. Гибридные электромобили пользуются высоким спросом на этапе перехода от транспорта на двигателях внутреннего сгорания к электрическому: так, в 2024 году их продажи выросли на 21%.
Медь как лучший проводник энергии
Медь используют в электродвигателях, системах зарядки и других компонентах электротранспорта из-за ее высокой электропроводности, пластичности и долговечности. Для электромобилей ее требуется в среднем в четыре раза больше, чем для обычных.
Только медной проводки в одном таком транспортном средстве до 1,7 км. Физические свойства меди делают ее лучшим металлом для проведения электричества. Альтернатива ей — алюминий, но несмотря на то, что он легче и почти в три раза дешевле, медь эффективнее. Так, у алюминиевого кабеля площадь поперечного сечения должна быть в два раза больше медного, чтобы он смог проводить такое же количество электроэнергии.
Помимо использования в производстве электромобилей, медь также играет важную роль в инфраструктуре для их обслуживания. По прогнозам исследователей компании Wood Mackenzie, к 2030 году по всему миру может быть развернуто более 20 миллионов пунктов зарядки электротранспорта, которые будут потреблять на 250% больше меди, чем в 2019 году. Зарядные станции в зависимости от мощности содержат от 0,7 до 8 кг металла.
Литий — основа аккумуляторов
Литий — главный компонент литий-ионных аккумуляторов, которые обеспечивают электромобили энергией. Одна такая батарея содержит около 8 килограммов этого металла.
У литий-ионных аккумуляторов масса преимуществ. В первую очередь они могут накапливать много энергии относительно своего веса, а также практически не разряжаются в то время, когда автомобиль простаивает. Две из самых важных характеристики аккумулятора — это способность хранить и отдавать энергию. По обоим показателям литий-ионные батареи значительно превосходят другие типы.
Кроме того, они долговечны. У них самый большой срок службы среди всех существующих аккумуляторов: литий-ионные можно перезаряжать не менее 2000 раз.
Другие металлы: марганец, алюминий и кобальт
Кобальт, как и никель, используют в катодах аккумуляторов NMC и NCA для повышения стабильности работы и увеличения срока службы батарей. Интересно, что технологии переработки позволяют извлекать элемент из отработанных устройств. Например, российские ученые разработали метод переработки, который позволяет извлечь из старых литий-ионных аккумуляторов до 94% кобальта.
В аккумуляторах NMC Ni — никель и кобальт увеличивают энергоемкость и проводимость, а марганец «отвечает» за стабильность и безопасность. Он дешевле кобальта и менее токсичный, что позволяет рассматривать его как возможную альтернативу кобальту.
