目前的锂离子电池可能不是电动汽车的最佳选择

随着越来越多的电动汽车驶上道路，其电池生产对环境的影响也将会增加。这提出了一个重要问题：哪种电动汽车电池在大规模使用的情况下会最环保？

2月1日发表于《IEEE Access》上的一项研究表明，在考虑了五种不同类型的电动汽车电池后，锂硫电池将是最环保的。研究结果还表明，不依赖稀有和关键金属的电池对于确保可持续生产至关重要。

当今最常见的电动汽车电池是锂离子电池。但许多其他类型的电池正在被开发和测试，预计将在未来几年上市。每种电池在能量密度以及生产和使用对环境的影响方面都各有优缺点。

阳极含有硅的电池(例如硅聚丙烯腈 (SiCPAN) 和硅纳米线 (SiNW) 电池)的能量密度比传统石墨阳极的锂离子电池高得多。然而，这些硅基电池目前需要添加银等贵金属来帮助它们在充放电过程中保持稳定。

另一种选择是使用全固态电池，它的能量密度几乎是性能最佳的锂离子电池的两倍，可以使电池组更小更轻。然而，这项技术也需要添加贵金属。

而锂硫电池因理论上具有高容量和能量密度且不含稀土金属，正成为电动汽车极具前景的电池选择。尽管具有优势，但还需要更多的技术进步才能充分发挥这些电池的潜力。

Antonella Accardo 是意大利都灵理工大学的研究员，也是该校汽车研究与可持续移动中心 (CARS) 的成员。Accardo tertarik于比较如果将每种电池的制造规模扩大到工业水平，这些电动汽车电池对环境的影响。

为此，她的团队对 SiCPAN、SiNW、全固态和锂硫电池进行了环境影响评估，并与传统的锂离子电池进行了比较。“我们选择了这些电池作为未来几十年汽车市场最有前途的技术的代表，”Accardo 解释说。“这些电池的选择是基于它们是否符合电动汽车的性能和安全要求。”

他们进行了一项新颖的“从摇篮到工厂门”的预期生命周期评估，该评估着眼于从原材料采购到最终产品离开工厂的整个过程中每个电池的全部影响。具体来说，研究人员根据六个标准分析了电池的影响：气候变化，即生产过程中的总温室气体排放；酸性化，即酸化水和土壤的硫酸和氮氧化物排放；淡水富营养化，即淡水系统中可能对藻类和沉积物造成危害的积累；淡水的生态毒性，即向淡水系统释放有毒物质；生产中化石燃料的使用；以及矿物和金属储量的枯竭。

研究结果表明，总体而言，锂硫电池是最环保的电动汽车电池。在评估的六个关键环境影响类别中，锂硫电池在四项中胜过标准锂离子电池(除气候变化和化石燃料资源利用)。

然而，在气候变化方面，锂离子电池仍然是最好的，每千瓦时产生的碳排放量为 30.9 公斤，其次是 SiCPAN 电池。全固态和 SiNW 电池的碳排放量分别是锂离子电池的两倍和三倍。

研究发现，SiNW 电池不仅在气候变化方面影响最严重，而且在研究评估的许多其他类别中也影响最严重，包括酸性化、化石燃料资源利用和淡水富营养化。这主要是因为 SiNW 需要使用大量的贵金属(例如用作催化剂的硝酸银)和能源密集型纳米级制造工艺，还会释放有毒副产品。

有趣的是，研究人员还进行了一项“假设”分析，以探讨如果 SiNW、SiCPAN 和全固态电池在理论上可以不使用贵金属的情况下生产，会产生什么影响。在这种情况下，不使用银生产的全固态电池将是本研究中考虑的所有下一代电池中影响最小的电池。

Ezio Spessa 是都灵理工大学能源系教授，也是 CARS 中心执行委员会成员，他负责监督和协调这项研究。他指出，这些结果确实强调了电池对环境的影响很大程度上取决于其材料成分。

“我们的建议是在考虑环境效益的同时，继续研究性能和成本方面的最佳解决方案，”他说。

Spessa 表示，他的团队下一步计划调查这些结果在单个电池级别和电池组级别之间是否存在差异。他们还将探讨在电池生产中使用回收材料而不是新资源材料的影响。

本文译自 IEEE Spectrum，由 BALI 编辑发布。