تقاضا برای مواد مورد نیاز باتری‌های مبتنی بر یون لیتیوم در آینده

چکیده

در جهان امروز، کشورهای مختلف برای کاهش تغییرات آب و هوایی و کاهش آلاینده‌های ناشی از سوخت فسیلی به سمت وسایل نقلیه الکتریکی روی آورده‌اند. در این مقاله، با توجه به سرعت رشد تولید خودروهای الکتریکی و پیشرفت در باتری‌ها میزان تقاضا برای مواد اصلی باتری در چند سال آینده مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات حاضر نشان می‌دهد که، اگر باتری‌های اکسید لیتیم-نیکل-منگنز-کبالت (NCM) در وسایل نقلیه تولیدی استفاده شود، از سال 2020 تا سال 2050 شاهد گسترش شدید در زنجیره تامین لیتیوم، کبالت و نیکل و احتمالا کشف منابع اضافی خواهیم بود. اگر سایر باتری‌ها مانند باتری‌های لیتیوم فسفات آهن (LFP)، لیتیوم-گوگرد و یا باتری‌های لیتیوم-هوا نیز در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار بگیرند، تقاضا برای کبالت و نیکل به طور قابل ملاحظه ای کاهش می‌یابد. بازیافت باتری‌های فرسوده نیز نقش کم اهمیت ولی تقریبا موثری در کاهش تقاضا برای تامین مواد خام مورد نیاز باتری تا سال 2050 ایفا می‌کنند. بنابراین روش‌هایی که در بازیافت به کار گرفته می‌شود نیاز به پیشرفت دارد تا بهتر بتوان از آن‌ها برای بازیابی مواد باتری‌های فرسوده استفاده کرد. علاوه بر این، می‌توان باتری‌های فرسوده خودروهای برقی را که دیگر در این خودروها قابل استفاده نیستند برای کاربردهای دیگر به کار برد، که موجب به تاخیر انداختن فرآیند بازیافت این باتری‌ها می‌شود.

مقدمه

وسایل نقلیه الکتریکی (EVها) در مقایسه با وسایل نقلیه دارای موتور احتراق داخلی تأثیر کمتری بر آلودگی آب و هوا دارند. این مزیت و همچنین پیشرفت فناوری منجر به افزایش تقاضا برای استفاده از این وسایل نقلیه شده است. تعداد خودروهای برقی سبک در دهه گذشته، از چند هزار خودرو به 7.5 میلیون خودروی الکتریکی تا سال 2019 رسیده است.

در حال حاضر، در وسایل نقلیه الکتریکی به صورت رایج از باتری‌های لیتیوم یونی (LIBها) استفاده می‌شود. باتری‌های لیتیوم یون معمولی حاوی لیتیوم (Li)، کبالت (Co) و نیکل (Ni) در کاتد، گرافیت در آند، و همچنین آلومینیوم و مس در سایر اجزای سلول هستند. ترکیباتی که معمولا در این باتری‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از اکسید لیتیوم نیکل کبالت منگنز (NCM)، اکسید لیتیوم آلومینیوم نیکل کبالت (NCA) و یا فسفات آهن لیتیوم (LFP). با این وجود، فناوری باتری به سرعت در حال رشد است و ممکن است ترکیبات جدید و بهبود یافته‌ای در آینده تولید شوند.

با توجه به رشد سریع بازار خودروهای برقی، نگرانی‌هایی در مورد تامین مواد خام مورد نیاز باتری وجود دارد. بنابراین آگاهی از میزان تقاضای این مواد در آینده می‌تواند بر روی تصمیمات استراتژیک در زمینه عرضه مواد و همچنین اثرات اجتماعی و زیست محیطی آن اثر بگذارد.

در اینجا، تقاضای جهانی برای موادی مانند Li، Ni، Co، Mn، Al، Cu، گرافیت و سیلیکون ارزیابی می‌شود. همچنین میزان تقاضای مواد خام به ظرفیت‌های تولید فعلی و ذخایر شناخته شده ارتباط داده می‌شود و عوامل کلیدی برای کاهش نیاز به این مواد مورد بحث قرار می‌گیرد.

رشد تولید وسایل نقلیه الکتریکی

مطالعات بر اساس دو نوع تحلیل آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) که تا سال 2030 انجام گرفته است دنبال می‌شود: سناریوی سیاست‌های بیان شده (STEP) که شامل سیاست‌های موجود دولت است و سناریوی توسعه پایدار (SD) است که با اهداف آب و هوایی توافق پاریس سازگار است این سناریو همچنین شامل هدف دستیابی به سهم فروش جهانی 30 درصدی خودروهای برقی تا سال 2030 است. بر اساس این تحلیل‌ها، خودروهای برقی تا سال 2030  حدود 14 درصد از کل خودروهای سبک را تشکیل خواهند داد. که از این تعداد 89 تا 166 میلیون از نوع BEVها و 46 تا 71 میلیون از نوع PHEVها هستند. اگر این تحلیل‌ها تا سال 2050، با فرض رشد منطقی امتداد داده شوند می‌توان نتیجه گرفت که بر اساس تحلیل STEP، تعداد خودروهای برقی با ضریب 72 درصد از سال‌های 2020 تا 2050 به حدود 1 میلیارد خودرو خواهد رسید و فروش سالانه این خودروها به 109 میلیون خودرو افزایش خواهد یافت. بر اساس تحلیل SD نیز موجودی خودروهای الکتریکی با ضریب 102 درصدی، از سال 2020 تا 2050 به 2 میلیارد وسیله نقلیه خواهد رسید و فروش سالانه آن‌ها به 211 میلیون خودرو افزایش خواهد یافت.

شکل 1. توسعه سهام جهانی EV تا سال 2050 پیش بینی شده است.

ظرفیت باتری و سهم بازار

میزان ظرفیت باتری که در آینده مورد نیاز است به میزان توسعه وسایل نقلیه الکتریکی، ظرفیت باتری که برای هر وسیله نقلیه مورد نیاز است و طول عمر باتری بستگی دارد (به ترتیب 66 کیلووات ساعت و 12 کیلووات ساعت به عنوان ظرفیت متوسط برای BEV و PHEVها فرض می‌شود). مواد خامی که در باتری‌ها مورد نیاز است نیز به انتخاب ترکیبات شیمیایی که در کاتد و آند آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد بستگی دارد.

شکل 2. سهم بازار باتری و فروش سالانه باتری‌های EV تا سال 2050 برای توسعه وسایل نقلیه الکتریکی بر اساس تحلیل STEP.

برخی تحلیل‌ها نشان می‌دهد که استفاده از باتری‌های لیتیوم نیکل کبالت آلومینیوم (NCA) و لیتیوم نیکل کبالت منگنز (NCM) در آینده بیشترین میزان تقاضا را خواهد داشت. تولیدکنندگان باتری به دنبال جایگزینی کبالت با نیکل هستند، که منجر به تکامل باتری‌های نیکل کبالت منگنز از باتری‌های NCM111 به باتری‌های NCM523، NCM622 و NCM811 و NCM955 می‌شود. انرژی‌های ویژه برای این نوع باتری‌ها از 160 وات ساعت بر کیلوگرم برای NCM111 تا 202 وات ساعت بر کیلوگرم برای NCM955 متغیر است، باتری‌هایی با اندازه متوسط که از سیلیکون به عنوان آند استفاده می‌شود.

برخی از تحلیل‌های دیگر این امکان را در نظر می‌گیرند که در آینده باتری‌های LFP (LiFePO4) به طور فزاینده‌ای برای خودروهای برقی استفاده می‌شوند. ایراد اصلی LFPها انرژی ویژه کمتر آن‌ها نسبت به باتری‌های NCA و NCM است که باعث مصرف سوخت بیشتر و برد کمتر در وسایل نقلیه الکتریکی می‌شود. مزایای باتری‌های LFP هزینه‌های تولید کمتر به دلیل فراوانی مواد اولیه، ایمنی به دلیل پایداری حرارتی بهتر و عمر چرخه طولانی‌تر آن‌ها است. در این نوع تحلیل‌ها، فرض می‌شود که باتری‌های LFP از سال 2030 تا 2050 حدود 60 درصد از سهم بازار خودرو را تامین کنند، در حالی که بقیه بازار از طریق خودروهای NCA و NCM تامین می‌شود.

در تحلیل‌های مربوط به باتری‌های لیتیوم-گوگرد و لیتیوم-هوا نیز در نظر گرفته می‌شود که در آینده باتری‌های حالت جامد لیتیوم فلزی، به ویژه باتری‌های Li-S و Li-Air پیشرفت قابل توجهی خواهند داشت. البته باتری‌های Li-S و Li-Air هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند و چالش‌های قابل توجهی در مورد آن‌ها باید تا قبل از تجاری‌سازی حل شود. با این وجود در این تحلیل فرض می‌شود که این نوع باتری‌ها در سال 2030 وارد بازار می شود و تا سال 2040 حدود 60 درصد از سهم بازار را تامین می‌کند، و بقیه بازار را خودروهای NCA و NCM تامین می‌کند.

تقاضای مواد باتری

تقاضای جهانی نشان می‌دهد که تقاضا برای مواد خامی مانند Li، Co و Ni برای باتری‌های EV رو به افزایش است. نتایج تحلیل‌ها نشان می‌دهد که میزان تقاضای جهانی برای مواد خام باتری در هر سال، بر اساس تحلیل‌های SD حدود 1.7 تا 2 برابر بیشتر از این مقدار در تحلیل‌های STEP است. تقاضا برای Li فقط اندکی تحت تأثیر ترکیبات کاتدی متفاوت قرار می‌گیرد، در حالی که میزان تقاضا برای Ni و Co به شدت تحت تاثیر نوع ترکیبات کاتدی است. برای مثال، در تحلیل‌هایی که استفاده از باتری‌های LFP و لیتیوم-گوگرد و لیتیوم-هوا بیشتر است میزان تقاضا برای این دو عنصر کمتر است. از سال 2020 تا 2050 بر اساس تحلیل‌های STEP، میزان تقاضا برای لیتیوم 17 تا  21 برابر، برای کبالت 7 تا 17 برابر و برای نیکل 11 تا 28 برابر افزایش خواهد یافت.

شکل 3. میزان تقاضا برای لیتیوم، نیکل و کبالت از سال 2020 تا 2050 در سناریوهای باتری NCX، LFP و Li-S/Air.

پتانسیل‌های بازیافت

مواد موجود در 9 تا 27 میلیون تن باتری فرسوده شامل: حدود 0.21 تا 0.52 میلیون تن لیتیوم، 0.10 تا 0.52 میلیون تن کبالت و 0.49 تا 2.52 میلیون تن نیکل است. بازیافت این مواد می تواند به کاهش تولید مواد اولیه کمک کند. فن‌آوری‌های بازیافت تجاری فعلی برای باتری‌های EV شامل پردازش پیرومتالورژیکی و هیدرومتالورژیکی است. بازیافت پیرومتالورژیکی شامل ذوب کردن کل باتری یا ذوب کردن اجزای باتری پس از عملیات پیش تصفیه است. پردازش هیدرومتالورژیکی شامل شستشوی اسیدی مواد باتری و سپس بازیابی آن‌ها با استفاده از روش‌هایی مثل استخراج یا رسوب با حلال است. همچنین استفاده ثانویه از باتری‌های فرسوده وسایل نقلیه می‌تواند تقاضا برای مواد اولیه را کاهش دهد.

شکل 4. تصویر شماتیک نشان می دهد که چگونه در سه سناریو بازیافت در نظر گرفته شده، مواد باتری دوباره به کار گرفته می‌شوند.

تحلیل‌ها نشان می‌دهد بازیافت باتری، در بهترین حالت، حدود 20 تا 23 درصد از تقاضا برای تولید لیتیوم، 26 تا 44 درصد برای تولید کبالت و 22 تا 38 درصد برای تولید نیکل را تا سال 2050 کاهش می‌دهد. باید توجه داشت که از نظر تئوری، در یک سیستم پایدار سهم مواد ثانویه برای تولید باتری می‌تواند بالای 90 درصد (به اندازه راندمان بازیافت) باشد، سیستم پایداری سیستمی است که در آن از وسایل نقلیه الکتریکی اشباع شده باشد.

شکل 5. پیش‌بینی پتانسیل بازیافت در سال‌های 2020-2029، 2030-2039، و 2040-2050 در سناریوی STEP.

بحث

با توجه به رشد زیاد تقاضا برای مواد مورد نیاز باتری که بر اساس تحلیل‌ها بیان شد، ظرفیت تولید جهانی لیتیوم، کبالت و نیکل باید به شدت افزایش یابد. انتظار می‌رود میزان تقاضا برای لیتیوم و کبالت تا قبل از سال 2025 نسبت به تولید فعلی آن‌ها بیشتر شود، ولی احتمالا این میزان برای نیکل کمتر باشد. سایر مواد باتری را نیز می‌توان با همین میزان تولید فعلی آن‌ها عرضه کرد، البته ممکن است برای پاسخگویی به تقاضاهای مربوط به بخش‌های دیگر همچنان نیاز به افزایش در تولید این مواد باشد. با توجه به تحلیل‌های گفته شده، ذخایر فعلی لیتیوم، نیکل و کبالت ممکن است تا قبل از سال 2050 تخلیه شوند. البته ذخایر شناخته شده برای سایر مواد تا سال 2050 از میزان تقاضای باتری‌های مورد نیاز وسایل نقلیه الکتریکی فراتر می‌رود. از سال 2019، حدود 64 درصد گرافیت طبیعی و 64 درصد سیلیکون در چین تولید می‌شود. گرافیت مصنوعی به دلیل عملکرد برتر و کاهش هزینه نسبت به گرافیت طبیعی، شروع به تسلط بر بازار گرافیت مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم یونی (56٪ سهم بازار در سال 2018) کرده است. بنابراین، در میان مواد مورد نیاز باتری‌هایی که در وسایل نقلیه استفاده می‌شوند، کبالت و لیتیوم و تا حدی نیکل و گرافیت را می‌توان نسبت به سایر مواد حیاتی‌تر در نظر گرفت. همچنین، ذخایر کبالت از نظر جغرافیایی متمرکزتر بوده و تا حدی در مناطقی که در آن‌ها درگیری وجود دارد متمرکز است، بنابراین خطرات بالقوه عرضه را افزایش می‌دهد. سازندگان باتری در حال حاضر به دنبال کاهش اتکای خود به کبالت هستند.

عدم قطعیت‌های قابل توجهی در مورد تقاضای مواد اولیه باتری برای وسایل نقلیه الکتریکی وجود دارد که به چندین عامل کلیدی مربوط می‌شود که می‌تواند به طور استراتژیک برای کاهش خطرات عرضه مورد توجه قرار گیرد. احتمالا مهمترین عامل ظرفیت باتری است که برای وسایل نقلیه مورد نیاز است. میزان ظرفیت باتری مورد نیاز برای یک وسیله نقلیه به عوامل فنی مانند طراحی، وزن و کارایی سوخت بستگی دارد.

فرصت‌ها در تولید مواد خام در میزان توسعه فناوری باتری نهفته است. برای مثال، باتری‌های لیتیوم-سولفور و لیتیوم-هوا میزان وابستگی به کبالت و نیکل را کاهش می‌دهند، در حالی که چگالی انرژی بالاتری را فراهم می‌آورند. عواملی مانند استفاده بیشتر از باتری‌های لیتیوم-سولفور، لیتیوم-هوا و LFP یا پیشرفت در باتری‌های مبتنی بر عناصر فراوان مانند سدیم، منیزیم یا کلسیم، می‌تواند منجر به کاهش وابستگی به لیتیوم، کبالت و نیکل شود.

همچنین مشخص نیست که آیا عمری که در اینجا برای باتری‌ها در نظر گرفته شده در عمل به دست می‌آید یا خیر، به خصوص برای باتری‌های لیتیوم-سولفور و لیتیوم هوا. طول عمر کمتر باتری ممکن است به تعویض بیشتر باتری نیاز داشته باشد و در نتیجه منجر به تقاضای بیشتر مواد شود.

در طول دهه‌های بعدی، ابتدا نیاز داریم که باتری EV را عمدتا از مواد اولیه تولید کنیم و در راهکار دوم از مواد بازیافتی استفاده کنیم. تفاوت بین فناوری‌های بازیافت در راندمان بازیافت نیست، بلکه در این است که آیا مواد بازیافت می‌شوند و در چه شکل شیمیایی و چه خلوصی هستند. امیدوارکننده‌ترین فناوری از نظر اقتصادی و زیست‌محیطی برای بازیافتف بازیافت مستقیم است که می‌تواند مواد کاتد را بدون مرحله ذوب یا شستشوی میانی بازیابی کند، البته در حال حاضر توانایی این روش در خارج از آزمایشگاه به اثبات نرسیده است.

سناریوهای شیمی باتری و سهم بازار

اگرچه ترکیبات شیمیایی مختلفی برای باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی، با هدف کاهش هزینه و بهبود عملکرد این خودروها توسعه داده شده است، ولی در حال حاضر باتری‌های موجود بر پایه مواد کاتدی NCM هستند و دانسیته انرژی بالایی دارند. از طرفی، باتری‌های مبتنی بر کاتد NCA و آند گرافیتی (با در نظر گرفتن افزودن سیلیکون به آن) احتمالا نسل بعدی LIBها را تشکیل بدهند. این سناریو در فعالیت‌های تجاری تولیدکنندگان باتری (برای مثال LG Chem یا CATL) منعکس شده است.

پیشرفت‌های آینده در مورد ترکیبات شیمیایی باتری از سال 2030 به بعد نامشخص است، اما تصور می‌شود که، علاوه بر باتری‌های NCM و NCA، باتری‌های LFP موجود و همچنین باتری‌های لیتیوم فلزی با ظرفیت بالا، مانند لیتیوم-سولفور و لیتیوم-هوا نیز در خودروهای نسل بعدی به کار گرفته شوند.

طول عمر باتری‌ها در دنیای واقعی تحت تأثیر عوامل دیگری مانند دمای محیط، میزان و سرعت شارژ و دشارژ و میزان استفاده از خودرو قرار می‌گیرد. احتمالا میزان تعویض باتری برای خودروهای برقی قبل از سال 2020 حدود 50 درصد است (یعنی یک وسیله نقلیه به طور متوسط به 1.5 بسته باتری نیاز دارد). البته طول عمر باتری‌های LFP (به طور متوسط 20 سال) بیشتر است که منجر می‌شود به عنوان دومین نوع باتری‌ها باشند که به کار برده می‌شود.

سناریوهای بازیافت

همانطور که در بخش‌های قبل اشاره شد، بازیافت باتری‌های فرسوده به عنوان منبع ثانویه مواد در نظر گرفته می‌شوند. در اینجا ما فرض می‌کنیم که در فرآیند بازیافت 100٪ مواد موجود در این باتری‌ها استخراج می‌شوند و اثرات بازده سه نوع سناریو بازیافت را بر میزان تقاضای مواد اولیه بررسی می‌کنیم. فن آوری‌های بازیافت تجاری در حال حاضر شامل بازیافت پیرومتالورژی و هیدرومتالورژی می باشد. بازیافت مستقیم برای بازیافت کاتد به کاتد در حال توسعه است. برای باتری‌های NCX و LFP، سه نوع بازیافت پیرومتالورژی، هیدرومتالورژی و مستقیم به ترتیب در سه سناریو بازیافت در نظر گرفته می‌شود، در حالی که بازیافت مکانیکی برای باتری‌های Li-S و Li-Air در هر سه سناریو فرض می‌شود. فن‌آوری‌های بازیافت در مواد بازیافتی، اشکال شیمیایی، کارایی بازیافت و چشم‌انداز اقتصادی در این سناریوها متفاوت است.

سناریوی بازیافت پیرومتالورژیکی که ما در نظر می‌گیریم در واقع یک فرآیند هیبریدی پیرو و آبی است. پس از اینکه ماژول‌ها و/یا سلول‌های باتری جداشده به کارخانه ذوب فرستاده می‌شوند، گرافیت می‌سوزد، آلومینیوم و لیتیوم به فلز نیمه سوخته (سرباره مذاب) تبدیل می‌شوند و نیکل، کبالت و مس به صورت فلز پرداخت نشده در می‌آیند. پس از شستشوی فلزهای پرداخت نشده، یون مس به عنوان فلز مس از طریق فرآیند استخراج الکتریکی (electroextraction) بازیابی می‌شود، در حالی که یون‌های نیکل و کبالت، از طریق استخراج با حلال یا رسوب، به عنوان ترکیبات نیکل و کبالت با درجه خلوص باتری بازیافت می‌شوند. لیتیوم موجود در سرباره را می‌توان برای تولید ترکیبات لیتیوم با درجه خلوص باتری تصفیه کرد، اما تنها زمانی مقرون به صرفه است که قیمت لیتیوم بالا باشد. از نظر فنی، آلومینیوم موجود در سرباره نیز قابل بازیافت است، اما مقرون به صرفه نیست و توسط شرکت هایی که به روش پیرومتالورژی بازیافت را انجام می‌دهند در نظر گرفته نمی‌شود (سرباره ممکن است به عنوان سنگدانه در مصالح ساختمانی استفاده شود).

سناریوی بازیافت هیدرومتالورژی با مرحله خرد کردن ماژول‌ها و/یا سلول‌های جدا شده شروع می‌شود. سپس هر قطعه یک سری مراحل جداسازی فیزیکی را طی می‌کند تا به پودر کاتد، پودر آند و ضایعات آلومینیوم و مس تبدیل شوند. بسته به قیمت ضایعات فلز، ضایعات آلومینیوم و مس ممکن است بیشتر به ضایعات آلومینیوم و ضایعات مس طبقه بندی شوند. ضایعات مس را می‌توان با حداقل پردازش (یعنی ذوب مجدد) به زنجیره تامین باتری اضافه کرد. بازیافت آلومینیوم چالش برانگیزتر است زیرا ضایعات آلومینیوم بازیافت شده مخلوطی از آلیاژهای آلومینیومی مختلف هستند. بازیافت آلومینیوم مستلزم جداسازی آلیاژ آلومینیوم قبل یا در طول فرآیند بازیافت است که ممکن است مقرون به صرفه باشد یا نباشد. پودر کاتد متعاقبا با اسید شسته می‌شود، و نیکل، کبالت و منگنز به صورت یون شسته می‌شوند و پس از استخراج با حلال و رسوب به عنوان ترکیباتی با درجه خلوص باتری بازیابی می‌شوند. لیتیوم به ضایعات جامد تبدیل می‌شود که می‌تواند به عنوان مصالح ساختمانی نیز استفاده شود. مشابه بازیافت پیرومتالورژی، لیتیوم موجود در ضایعات جامد را می‌توان به عنوان ترکیباتی با درجه خلوص باتری بازیافت کرد، اما ارزش اقتصادی آن به قیمت لیتیوم بستگی دارد. پودر آند بازیابی شده از طریق آب، که می‌تواند ترکیبی از گرافیت و سیلیکون باشد، در حد خلوص باتری نیست. اگرچه می‌توان آن‌ها را تا این حد اصلاح کرد، اما در حال حاضر قابلیت اقتصادی آن مشخص نیست.

سناریوی بازیافت مستقیم به جز در روش بازیافت پودر کاتد مانند بازیافت هیدرومتالورژی است. در فرآیند مستقیم، پودر کاتد بازیابی شده و سپس با واکنش با منبع لیتیوم (لیتیم دار شدن) بازسازی می شود. بنابراین لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز به عنوان ترکیباتی با درجه خلوص باتری بازیافت می شوند. از آنجایی که در این روش پالایش لیتیوم مورد نیاز نیست، بازیابی لیتیوم در فرآیند مستقیم حداقل از منظر مقیاس آزمایشگاهی مقرون به صرفه است.

در مورد بازیافت مکانیکی باتری‌های Li-S و Li-Air، ما فرض می‌کنیم که فقط لیتیوم فلزی از این فرآیند بازیافت می‌شود. راندمان بازیابی مواد لیتیوم فلزی 90 درصد در نظر گرفته شده است و بازیابی به دلیل فرآیند نسبتا ساده و ارزش بالای فلز لیتیوم بازیافتی مقرون به صرفه در نظر گرفته می شود.

استفاده مجدد از باتری‌های فرسوده

باتری‌های فرسوده وسایل نقلیه الکتریکی ممکن است برای کاربردهای کم‌تر (غیر خودرویی)، مانند ذخیره‌سازی انرژی ثابت، به صورت مجدد استفاده شوند، زیرا آن‌ها اغلب دارای ظرفیتی در حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد از ظرفیت اولیه خود هستند. در این روش مشکلاتی مانند موانع فنی (به عنوان مثال، عملکرد باتری‌های تغییر کاربری) و عدم اطمینان از صرفه اقتصادی (هزینه استفاده مجدد از جمله جداسازی، آزمایش و بسته‌بندی مجدد) وجود دارد که میزان تاثیر این موانع به مواد شیمیایی باتری، وضعیت سلامت آن و نوع کاربرد دوم مورد نظر بستگی دارد. برای مثال، در این گزارش استفاده مجدد از باتری LFP به دلیل دارا بودن طول عمر چرخه طولانی بررسی می‌شود. فرض بر این است که باتری‌های LFP دارای 100 درصد ظرفیت برای استفاده مجدد هستند. برای بقیه مواد شیمیایی باتری، این میزان تا قبل از سال 2020، 50 درصد در نظر گرفته می‌شود و به دلیل اینکه در سال‌های بعد طول عمر فنی باتری های EV افزایش خواهد یافت، این میزان به 75 درصد در طول سال‌های 2020-2050 افزایش می‌یابد. کاربردهای مجدد، از مصارف خانگی گرفته تا یکپارچه سازی سیستم برق متفاوت است و در نتیجه طول عمر استفاده دوباره از باتری‌ها بین 6 تا 30 سال متغیر است.

تجزیه و تحلیل

در این گزارش، تأثیر عوامل مهمی مانند تعداد وسایل نقلیه الکتریکی و ترکیبات شیمیایی اجزای متفاوت باتری‌ها برای تحلیل‌های متفاوت بررسی شد. علاوه بر این، ما تجزیه و تحلیل مربوط به (الف) طول عمر باتری، (ب) ظرفیت باتری مورد نیاز در هر وسیله نقلیه، (ج) نفوذ باتری‌های بدون Co و Ni به بازار و (د) آینده  باتری‌های Li-S و Li-Air مورد بررسی قرار گرفت.

(آ) طول عمر باتری تأثیر مهمی بر تعداد باتری‌های مورد نیاز برای خودروهای برقی دارد. با این فرض که پس از سال 2020 یک وسیله نقلیه الکتریکی به طور متوسط به 1.5 باتری نیاز دارد، تحلیلی در مورد اثر طول عمر کمتر باتری بر میزان تقاضای مواد خام باتری انجام شد.

(ب) سهم بازار BEVها و PHEVها و ظرفیت باتری وسایل نقلیه الکتریکی نیز برای تعیین مقدار مواد مورد نیاز کلیدی است. در حالی که ظرفیت باتری توسط عوامل متعددی مانند برد EV، مصرف سوخت و پیکربندی‌های پیشرانه خودرو مشخص می‌شود.

(ج) بهبود عملکرد باتری (به خصوص بهبود انرژی ویژه) از طریق بهبود ترکیبات شیمیایی که در آن‌ها استفاده می‌شود، ممکن است تقاضای مواد خام را به طور چشمگیری کاهش دهد.