中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：可充電電池是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可為大量電子儀器、設(shè)備和交通工具提供能量存儲(chǔ)。電池可以加速向可持續(xù)和智能移動(dòng)的轉(zhuǎn)變，幫助提供清潔、安全的能源，并向碳中和社會(huì)過(guò)渡。歐盟委員會(huì)的目標(biāo)是2030 年將溫室氣體凈排放量減少至少 55%，其中要求電池具有超越當(dāng)前技術(shù)指標(biāo)的超高性能：能量和功率密度必須接近理論極限，必須實(shí)現(xiàn)出色的使用壽命和可靠性以及增強(qiáng)的安全性和環(huán)境可持續(xù)性。此外，為了在商業(yè)上取得成功，新的電池技術(shù)必須具有可擴(kuò)展性、可持續(xù)性，并能夠?qū)崿F(xiàn)具有成本效益的大規(guī)模生產(chǎn)。這些要求對(duì)電池研究界構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)，而 BATTERY 2030+ 是歐洲的大規(guī)模和長(zhǎng)期研究計(jì)劃，為歐盟委員會(huì)提出的戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃（SET-plan）的想法之一，旨在聯(lián)合歐洲整體解決未來(lái)電池研發(fā)過(guò)程中所面臨的各項(xiàng)挑戰(zhàn)，克服重重阻力達(dá)成宏大的既定的電池性能目標(biāo)。
本文總結(jié)了 BATTERY 2030+ 聯(lián)盟制定的路線圖。該路線圖圍繞六個(gè)主題：1) 加速材料發(fā)現(xiàn)平臺(tái)，2) 電池接口基因組，集成智能功能，3) 傳感和 4) 自愈過(guò)程。除了化學(xué)相關(guān)方面還包括關(guān)于 5) 可制造性和 6) 可回收性的交叉研究。該路線圖應(yīng)被視為對(duì)全球電池路線圖的有利補(bǔ)充，該路線圖專注于預(yù)期的超高電池性能，特別是對(duì)于未來(lái)的交通運(yùn)輸而言。電池用于許多應(yīng)用，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)所必需的一種技術(shù)。目前市場(chǎng)以鋰離子電池為主，性能良好，但盡管新一代電池在不久的將來(lái)會(huì)出現(xiàn)，但它們很快就會(huì)接近性能極限。如果沒有重大突破，電池性能和生產(chǎn)要求將不足以實(shí)現(xiàn)氣候中和社會(huì)的建設(shè)。通過(guò) “化學(xué)中性”方法，將創(chuàng)建一個(gè)通用工具箱，改變電池的開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造方式。
【詳細(xì)內(nèi)容】
自成立以來(lái)，BATTERY 2030+計(jì)劃已成為歐洲電池“生態(tài)系統(tǒng)”的重要組成部分，以雄心勃勃的短期、中期和長(zhǎng)期目標(biāo)應(yīng)對(duì)上述 “碳中和”挑戰(zhàn)。這些目標(biāo)符合多個(gè)協(xié)會(huì)和國(guó)家發(fā)布的路線圖，例如歐洲儲(chǔ)能協(xié)會(huì) (EASE)、能源材料工業(yè)研究計(jì)劃 (EMIRI)、歐洲汽車研發(fā)委員會(huì) (EUCAR)、聯(lián)合研究中心、歐洲 委員會(huì) (JRC)、中國(guó)、芬蘭、印度、日本和美國(guó)。其中一些路線圖的性能目標(biāo)如圖 1 所示。
圖1. 用于汽車應(yīng)用的不同電池的重量性能比較。
BATTERY 2030+ 采用化學(xué)中性方法來(lái)促進(jìn)未來(lái)電池的發(fā)明（圖 2）。它的目標(biāo)不是開發(fā)特定的電池化學(xué)成分，而是創(chuàng)建一個(gè)通用工具箱來(lái)改變我們開發(fā)和設(shè)計(jì)電池的方式。由于采用化學(xué)中性方法，BATTERY 2030+ 不僅對(duì)當(dāng)前的鋰電池化學(xué)成分產(chǎn)生影響，而且對(duì)所有其他類型的電池也有影響。BATTERY 2030+ 將聯(lián)手關(guān)注三個(gè)總體主題，涵蓋六個(gè)研究領(lǐng)域，以應(yīng)對(duì)發(fā)明未來(lái)可持續(xù)電池的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
1.BATTERY 2030+：化學(xué)中和方法
圖2. BATTERY 2030+計(jì)劃重點(diǎn)聚焦在三個(gè)主要主題和六個(gè)密切相關(guān)的研究領(lǐng)域，所有這些都為加速電池發(fā)現(xiàn)和開發(fā)提供了新工具。
2.Battery 2030+: 整體方案
通過(guò)采用協(xié)調(diào)、多學(xué)科和統(tǒng)一的方法，BATTERY 2030+ 將對(duì)電池技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)及其他領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。圖 3 示意性地展示了電池的不同組件如何影響其整體性能?；钚噪姵夭牧厦恐亓炕蛎矿w積可以儲(chǔ)存一定的能量（比能量，100%）。隨著真實(shí)電池的不同組件的添加——例如，電極內(nèi)的粘合劑、導(dǎo)電填料和其他添加劑；集流體、隔膜、電解液、包裝、接線、冷卻和電池控制器——單位重量和體積的能量含量下降，因?yàn)閺拇鎯?chǔ)容量的角度來(lái)看，增加了相當(dāng)數(shù)量的“無(wú)效質(zhì)量”。最后，在使用過(guò)程中，比能量會(huì)隨著壽命的結(jié)束而降低，這對(duì)于不同的應(yīng)用有不同的定義。
圖3.從材料到完整的電池組時(shí)，隨著更多非活性材料的添加，總?cè)萘繒?huì)降低。確定的研究領(lǐng)域?qū)⒔鉀Q整個(gè)電池價(jià)值鏈中的這些損失。
BATTERY 2030+ 計(jì)劃采取行動(dòng)推動(dòng)電池技術(shù)，且電池性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前的技術(shù)水平。通過(guò)實(shí)現(xiàn)和加速不同路線圖中的目標(biāo)，這將對(duì)整個(gè)電池價(jià)值鏈產(chǎn)生影響。BATTERY 2030+ 計(jì)劃解決了對(duì)高效和可持續(xù)電池的巨大需求。通過(guò)圍繞三個(gè)研究主題開展的活動(dòng)，BATTERY 2030+對(duì)表 1 所示的幾個(gè)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo) (KPI) 產(chǎn)生了影響。
表1. BATTERY 2030+ 研究領(lǐng)域?qū)?SET 計(jì)劃目標(biāo)的影響，深綠色表示高影響，淺綠色表示中到低影響
3.BATTERY 2030+: 研究領(lǐng)域
電池研究貫穿電池開發(fā)的整個(gè)價(jià)值鏈。它可以面向電池單元，基于化學(xué)、物理、材料科學(xué)、建模、表征等方面的能力；也可以面向電池單元集成到電池組中的系統(tǒng)，以用于不同的應(yīng)用。在這里，該領(lǐng)域依賴于電子、電氣工程、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)級(jí)建模、AI 和 ML 的知識(shí)——僅舉幾例。此外，回收研究變得更加重要，并且再次依賴與使用新的高效表征工具相關(guān)的化學(xué)、冶金、物理學(xué)和材料科學(xué)。
BATTERY 2030+ 倡導(dǎo)的研究領(lǐng)域依賴于這些跨學(xué)科和多學(xué)科的方法，并強(qiáng)烈希望整合其他研究領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)交叉受精。在本節(jié)中，詳細(xì)描述了本路線圖中提出的研究領(lǐng)域。每個(gè)部分都描述了該領(lǐng)域的現(xiàn)狀、實(shí)現(xiàn)愿景的挑戰(zhàn)和預(yù)期進(jìn)展，以及 BATTERY 2030+ 的總體目標(biāo)。
近年來(lái)，出現(xiàn)了幾個(gè)例子，其中虛擬（通常是原子級(jí)）計(jì)算材料設(shè)計(jì)和操作表征技術(shù)在循環(huán)設(shè)計(jì)循環(huán)中的緊密集成可以加速下一代電池技術(shù)的發(fā)現(xiàn)周期（圖 4），例如高容量鋰離子正極和二次金屬-空氣電池材料，但需要進(jìn)一步加速以實(shí)現(xiàn) BATTERY 2030+ 的雄心勃勃的目標(biāo)。理想情況下，這種循環(huán)材料開發(fā)過(guò)程應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)和理論研究整合到一個(gè)緊密耦合的開發(fā)自主平臺(tái)中，該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)互補(bǔ)技術(shù)結(jié)果的近乎即時(shí)的交叉受精。
圖4. 研究電池接口的代表性實(shí)驗(yàn)方法和理論方法之間的數(shù)據(jù)流示意圖。每種方法的保真度通常與其成本成正比，但只有在給定的方法/數(shù)據(jù)最有價(jià)值時(shí)才能通過(guò)獲取數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化保真度-成本關(guān)系。
雖然傳統(tǒng)的基于試錯(cuò)的順序材料優(yōu)化范式從已知的界面組成和結(jié)構(gòu)開始，隨后依靠人類直覺來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化以提高性能，但前瞻性是啟用逆向材料/界面設(shè)計(jì)，其中一個(gè)人通過(guò)允許所需的性能目標(biāo)來(lái)定義最能滿足這些目標(biāo)的組成和結(jié)構(gòu)，而無(wú)需先驗(yàn)地定義界面的起始組成或結(jié)構(gòu)，從而有效地反轉(zhuǎn)了這一過(guò)程。為了開發(fā)和實(shí)施適合電池接口逆向設(shè)計(jì)的模型，有必要結(jié)合相關(guān)的物理理解，以及能夠執(zhí)行從所需特性到材料的原始成分和外部參數(shù)/條件的逆映射的模型。生成式深度學(xué)習(xí)模型（在 MAP 中描述）代表了一種優(yōu)化數(shù)據(jù)流并在不同域之間建立所需橋梁的有效方法，有助于解決電池中間相的最大挑戰(zhàn)（圖 5）。這種對(duì)統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的依賴使描述符成為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的 AI 方法的理想工具。
圖 5. 相間設(shè)計(jì)的生成模型?；谧兎肿詣?dòng)編碼器 (VAE) 的電池界面化學(xué)和結(jié)構(gòu)信息的編碼和解碼到潛在空間，通過(guò)使用例如遺傳算法或基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的探索來(lái)實(shí)現(xiàn)生成電池界面設(shè)計(jì)。
近幾十年來(lái)，已經(jīng)開發(fā)了許多車載電化學(xué)阻抗譜 (EIS) 設(shè)備和復(fù)雜的 BMS，以提高其質(zhì)量、可靠性和壽命 (QRL)，但成功有限。盡管監(jiān)測(cè)溫度（它以不可預(yù)測(cè)的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)電池界面處的反應(yīng)）對(duì)于提高電池循環(huán)壽命和壽命至關(guān)重要，但目前還沒有在電池級(jí)別直接測(cè)量。大幅提高電池 QRL 需要更好地了解/監(jiān)控循環(huán)期間的物理參數(shù)，以及了解電池內(nèi)發(fā)生的寄生化學(xué)過(guò)程之外的科學(xué)，即基礎(chǔ)科學(xué)。為了挑戰(zhàn)現(xiàn)有的限制，一種顛覆性的方法是將智能嵌入式傳感技術(shù)和功能注入電池中，能夠執(zhí)行空間和時(shí)間分辨監(jiān)測(cè)（圖 6），從而使電池不再只是一個(gè)黑盒子。
圖6. 除了經(jīng)典的正極和負(fù)極外，未來(lái)的電池還帶有連接到傳感器（光纖、電線等）的輸出分析儀。
多年來(lái)，許多基礎(chǔ)研究使用復(fù)雜的診斷工具檢查了不同的電池化學(xué)成分。雖然相當(dāng)壯觀，但這些分析技術(shù)依賴于特定的設(shè)備和細(xì)胞，不能轉(zhuǎn)移到分析商業(yè)細(xì)胞。相比之下，最近在18650個(gè)電池中對(duì)鋰分布密度和結(jié)構(gòu)效應(yīng)進(jìn)行了成像，但所使用的成像技術(shù)主要依賴于訪問受限的大型設(shè)施。對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池功能狀態(tài)的范式轉(zhuǎn)變的需求仍未得到滿足。
確定電池的充電狀態(tài) (SoC) 是一個(gè)幾乎與電池存在一樣古老的問題，因此多年來(lái)開發(fā)了各種巧妙的監(jiān)測(cè)方法（圖 7）。幾十年來(lái)，這項(xiàng)傳感研究主要致力于鉛酸技術(shù)，通過(guò)實(shí)施 EIS 來(lái)評(píng)估鉛酸電池循環(huán)時(shí)電池電阻的演變，從而能夠估計(jì)它們的健康狀態(tài)。因此，便攜式 EIS 設(shè)備已經(jīng)商業(yè)化并用于運(yùn)輸和電信領(lǐng)域，以識(shí)別模塊內(nèi)的故障電池。這種設(shè)備仍然存在，但可靠性較差（<70%）?？傮w而言，SoC 監(jiān)控仍然極具挑戰(zhàn)性，目前還沒有準(zhǔn)確的解決方案。今天對(duì) SoC 的估計(jì)依賴于直接測(cè)量的組合，例如 EIS、電阻、電流脈沖測(cè)量、庫(kù)侖計(jì)數(shù)和基于開路電壓的估計(jì)。
圖7. 電池模塊和系統(tǒng)的可用傳感技術(shù)一覽。
可充電電池的質(zhì)量、可靠性、壽命和安全性 (QRLS) 與電池中存在的電化學(xué)和化學(xué)老化過(guò)程有關(guān)。檢測(cè)不可逆變化是改進(jìn) QRLS 的第一步，細(xì)胞應(yīng)該能夠自動(dòng)感知損壞并恢復(fù)原始配置及其全部功能。因此，自我修復(fù)程序必須與傳感程序一起開發(fā)，因?yàn)樗鼈兠芮邢嚓P(guān)。細(xì)胞中內(nèi)置的自我修復(fù)功能可以是自主的（內(nèi)在的）或非自主的（外在的），這兩種模式都作為治療作用，可以顯著促進(jìn)細(xì)胞的 QRLS。自愈功能是對(duì)設(shè)計(jì)界面和優(yōu)化材料的補(bǔ)充，被視為預(yù)防功能。
自發(fā)修復(fù)損傷的能力是自然界中重要的生存特征，不同的自愈功能具有不同的動(dòng)力學(xué)，這取決于材料或能量到損傷部位的運(yùn)輸。這是否可以轉(zhuǎn)化為電池，我們是否可以設(shè)計(jì)一種多功能自愈而不影響電池在能量和功率密度方面的性能，這是否可以改善電池的QRLS？答案應(yīng)該在明年提供。此外，外部自愈功能應(yīng)與傳感器一起開發(fā)，并與先進(jìn)的 BMS 一起集成到電池/電池組中，其中來(lái)自傳感器的信號(hào)由 BMS 分析，一旦需要，BMS 將向執(zhí)行器發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)刺激自我修復(fù)過(guò)程（圖 8）。這種改變游戲規(guī)則的方法將最大化 QRLS。
圖8. 傳感、BMS 和自我修復(fù)之間的協(xié)同作用。
盡管有這種組織良好且高效的序列，但目前加速基于模型的電池設(shè)計(jì)和另一方面基于模型的電池制造的方法仍然需要調(diào)整以滿足快速增長(zhǎng)和不斷發(fā)展的電池技術(shù)領(lǐng)域的需求。因此，現(xiàn)代電池制造工藝的設(shè)計(jì)應(yīng)牢記以下目標(biāo)：
1）在性能、效率和可持續(xù)性方面加速新電池設(shè)計(jì)。應(yīng)涵蓋形成和老化的關(guān)鍵步驟的機(jī)械模型，以及它們與 AI 框架內(nèi)的高級(jí)優(yōu)化算法的耦合，將有助于反向電極和電池設(shè)計(jì)。這種方法將代表自主電池設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化的關(guān)鍵一步，因?yàn)樗鼘⑺杼匦耘c特定電池配置、電極成分和材料結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，作為制造、表征和測(cè)試的目標(biāo)（圖 9）。
2）在電池化學(xué)、制造成本和可持續(xù)性/環(huán)境影響方面加速現(xiàn)有和未來(lái)制造工藝的優(yōu)化。通過(guò)構(gòu)建制造過(guò)程的計(jì)算高效和準(zhǔn)確的數(shù)字雙胞胎（圖 10），不僅解決多物理場(chǎng)問題，而且解決數(shù)值方法將有助于有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。
3）關(guān)閉電池設(shè)計(jì)和電池制造開發(fā)之間的循環(huán)，其中可以在制造階段之前考慮電池性能和老化方面。因此，一個(gè)覆蓋整個(gè)電池制造鏈的整體數(shù)字孿生，從材料到電池使用方面，將促進(jìn)可持續(xù)、高效的電池制造方式。
新概念將包括全新的設(shè)計(jì)，以最大限度地減少?gòu)U料和一次能源的使用，并生產(chǎn)可持續(xù)的產(chǎn)品。在這方面，當(dāng)前的多物理場(chǎng)建模在電池設(shè)計(jì)和制造中可能非常重要。然而，需要更多的努力來(lái)開發(fā)一個(gè)與人工智能算法相結(jié)合的多尺度物理化學(xué)計(jì)算平臺(tái)，用于鋰離子電池的整個(gè)制造過(guò)程鏈。
圖9. 基于單元數(shù)字孿生的逆單元設(shè)計(jì)。
圖10. 電池制造過(guò)程的數(shù)字孿生。
為電池制造過(guò)程設(shè)計(jì)的數(shù)字孿生模型的主要目標(biāo)是通過(guò)在實(shí)際過(guò)程中更早地檢測(cè)物理問題來(lái)更快地解決物理問題，并以更高的準(zhǔn)確度預(yù)測(cè)結(jié)果（圖 10）。此外，他們實(shí)時(shí)評(píng)估設(shè)備性能的能力可以幫助公司以前所未有的速度迭代地獲得價(jià)值和收益。
這些技術(shù)和方法的實(shí)施需要在短期、中期和長(zhǎng)期內(nèi)逐步開發(fā)。這一過(guò)程的核心是開發(fā)物理建模工具，作為人工智能工具的數(shù)據(jù)原料來(lái)源。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，即 10 年或更長(zhǎng)時(shí)間，預(yù)計(jì)該方法將完全成熟，通過(guò)集成電池設(shè)計(jì)和制造設(shè)計(jì)子循環(huán)、與 BIG-MAP 和智能功能的結(jié)果接口來(lái)關(guān)閉循環(huán)（傳感器和自我修復(fù)）形成一個(gè)完全自主的系統(tǒng)（使用 AI）（見圖 11）。此外，該方法的某些部分可以逐步提供給行業(yè)，在完整的包裝成為一種新的技術(shù)狀態(tài)的商品之前
圖11. 人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和制造方法作為一個(gè)整體聯(lián)系在一起。
自電池指令（指令 2006/66/EC）實(shí)施以來(lái)，歐盟的電池回收行業(yè)取得了顯著發(fā)展，該指令引入了電池廢物的生產(chǎn)者延伸責(zé)任 (EPR)。該指令強(qiáng)制電池生產(chǎn)商或代表他們行事的第三方為收集、處理和回收廢電池的凈成本提供資金。EPR概念旨在促進(jìn)將與商品整個(gè)生命周期相關(guān)的環(huán)境成本整合到產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格中。此外，根據(jù)電池化學(xué)成分，歐盟還發(fā)布了許多支持和指導(dǎo)文件以及回收效率法規(guī)，規(guī)定了電池回收過(guò)程的最低要求。根據(jù)該規(guī)定，回收含量應(yīng)達(dá)到：鉛酸電池重量的 65%，鎳鎘電池重量的 75%，所有其他電池重量的 50%。電池指令的修訂版預(yù)計(jì)將于 2021 年發(fā)布，更新類別和回收效率。
目前，火法冶金是應(yīng)用最多的方法。在根據(jù)電池化學(xué)成分進(jìn)行潛在的拆卸和分類后，電池或電池部件直接進(jìn)入回收過(guò)程或通過(guò)物理方式（例如，切碎或研磨）進(jìn)一步破碎。在回收方案方面，根據(jù)所選擇的電池化學(xué)和工藝，可能需要涉及物理、機(jī)械和/或化學(xué)轉(zhuǎn)化的幾個(gè)步驟。盡管每個(gè)回收商可能會(huì)使用不同的單獨(dú)步驟的變化或組合，但目前的回收過(guò)程（或方案）分類如圖 12 所示。
圖12. 電池回收過(guò)程和計(jì)劃。
就未來(lái)的發(fā)展而言，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有必要開發(fā)一種突破性的新回收工藝。當(dāng)前的回收流程，通過(guò)包含多個(gè)處理步驟的熱解和水解工藝，總結(jié)如圖 13 所示?？紤]到電池設(shè)計(jì)和化學(xué)成分的種類越來(lái)越多，以及技術(shù)準(zhǔn)備就緒，電池回收的多邊方法包括熱解和水力工藝以及直接回收方法將在未來(lái)十年占據(jù)主導(dǎo)地位。 然而，鑒于可持續(xù)性，對(duì)直接回收方法的更多關(guān)注是不可避免的，這種方法不僅可以回收最有價(jià)值的成分，而且可以回收所有成分。此外，水力工藝，尤其是高溫工藝對(duì)鈷和鎳等金屬市場(chǎng)價(jià)值的依賴將導(dǎo)致更高的經(jīng)濟(jì)波動(dòng)性和更低的規(guī)劃可靠性。
圖13. 目前的回收過(guò)程。
基于回收設(shè)計(jì)材料的新型集成方法（如在 BIG-MAP、Battery 2030+ 中開發(fā)的）和傳感器技術(shù)，應(yīng)基于以下條件開發(fā)新模型（圖 14）：
數(shù)據(jù)收集和分析（例如，來(lái)自標(biāo)簽、BMS 和傳感器）
現(xiàn)代小碳足跡物流概念，包括分散處理
自動(dòng)包裝拆卸到電池級(jí)
盡可能調(diào)查重用和再利用
自動(dòng)電池拆卸，以最大限度地增加單個(gè)組件的數(shù)量
開發(fā)用于電池級(jí)活性材料的粉末回收和粉末修復(fù)的選擇性技術(shù)，可在汽車/固定應(yīng)用的電池中重復(fù)使用
促進(jìn)和發(fā)展國(guó)際合作
圖14. 未來(lái)回收流程：直接回收與再利用完全結(jié)合。
新的回收流程將成為一系列 R&I 行動(dòng)的基礎(chǔ)，主要目的是長(zhǎng)期實(shí)施直接回收（見圖 15）。
在短期內(nèi)，開始整合可持續(xù)性和拆解設(shè)計(jì)，開發(fā)數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)，端到端可追溯性，開發(fā)電池組/模塊分揀和再利用/再利用技術(shù)，并開始開發(fā)電池單元的自動(dòng)拆解。開發(fā)用于快速電池表征的新測(cè)試。
中期來(lái)看，開發(fā)將電池自動(dòng)拆卸成單個(gè)組件，以及粉末和組件的分揀和回收技術(shù)，并將其修復(fù)為新的活性電池級(jí)材料。測(cè)試回收的材料。開發(fā)用于二次應(yīng)用中材料重復(fù)使用的預(yù)測(cè)和建模工具。相對(duì)于現(xiàn)有工藝，顯著提高關(guān)鍵原材料的回收率（例如石墨回收）以及能源和資源消耗。
在長(zhǎng)期來(lái)看，開發(fā)和驗(yàn)證完整的直接回收系統(tǒng)；該系統(tǒng)應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)的、可行的、安全的、環(huán)保的，并且比當(dāng)前的工藝具有更小的碳足跡。
圖15. BATTERY 2030+ 內(nèi)可回收性的十年路線圖。
【結(jié)論與總結(jié)】
歐洲目前正在創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大的電池研究和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)社區(qū)，其中 BATTERY 2030+ 可以為未來(lái)電池技術(shù)的長(zhǎng)期研究提供路線圖。LIB 仍然主導(dǎo)著高能量密度可充電電池的市場(chǎng)。然而，盡管新一代 LIB 即將問世，但當(dāng)前一代 LIB 正在接近其性能極限。向零碳排放社會(huì)的過(guò)渡要求開發(fā)在能量和功率密度方面具有更高性能的電池。未來(lái)的電池必須具有更好的生態(tài)足跡。它們將具有出色的使用壽命和可靠性以及增強(qiáng)的安全性和環(huán)境可持續(xù)性。這很可能要求電池接近其理論極限。
通過(guò)這個(gè)路線圖，我們的目標(biāo)是為發(fā)展一個(gè)充滿活力的歐洲生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)，該生態(tài)系統(tǒng)促進(jìn)從基礎(chǔ) TRL 開始的長(zhǎng)期轉(zhuǎn)型研究，逐漸形成新概念和技術(shù)的基礎(chǔ)，這些概念和技術(shù)隨后可以轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。為了開發(fā)所需的突破性技術(shù)，我們堅(jiān)信歐洲電池界的多學(xué)科和跨部門研究工作。BATTERY 2030+ 開發(fā)了一種化學(xué)中性方法，以促進(jìn)未來(lái)電池的發(fā)明。我們創(chuàng)建了一個(gè)通用工具箱，改變了我們開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造電池的方式，后來(lái)擴(kuò)展到特定電池化學(xué)和技術(shù)的開發(fā)。為了追求這種方法，我們努力開發(fā)各種電池技術(shù)的能力，并在我們的理解中建立協(xié)同效應(yīng)。為了加快進(jìn)展，我們確定了三個(gè)需要解決的跨領(lǐng)域主題。第一個(gè)主題涉及通過(guò)從根本上提高對(duì)電池材料功能界面的理解來(lái)加速電池材料的發(fā)現(xiàn)。在材料研究領(lǐng)域，我們認(rèn)為歐洲可以通過(guò)開發(fā)材料加速平臺(tái)（MAP）發(fā)揮主導(dǎo)作用，特別關(guān)注設(shè)計(jì)和改進(jìn)關(guān)鍵電池組件。第二個(gè)主題涉及將智能功能集成到電池中，以提高安全性、可靠性和循環(huán)壽命。在這里，自我修復(fù)機(jī)制的發(fā)展對(duì)延長(zhǎng)電池壽命具有重要意義。最后，我們認(rèn)為塑造新技術(shù)的藍(lán)天研究必須考慮電池的可制造性，以及面對(duì)氣候中和社會(huì)的挑戰(zhàn)，電池的可回收性。總之，在十年的時(shí)間框架內(nèi)，我們將根據(jù)上述路線圖中制定的考慮，開發(fā)一個(gè)包含特定 R&I 行動(dòng)的循環(huán)模型。
Amici, J., Asinari, P., Ayerbe, E., Barboux, P., et al., A Roadmap for Transforming Research to Invent the Batteries of the Future Designed within the European Large Scale Research Initiative BATTERY 2030+. Adv. Energy Mater. 2022.
https://doi.org/10.1002/aenm.202102785
