В последнее время автомобильная промышленность все чаще вспоминает о литий-железо-фосфатных батареях (LFP). Дело в том, что автомобильной промышленности и нам с вами нужен недорогой электромобиль. Однако хороший вариант LFP аккумулятора найти сложно, хотя цепочка поставки находится прямо под ногами. Она течет буквально по трубам вашей канализации, но пока не в том направлении.
Хотя аккумулятор LFP имеет теоретически невысокую стоимость, он все же не бесплатный. Аналитики уже стильно беспокоятся из-за их нехватки. «Спрос на литий-железо-фосфатные аккумуляторы растет, поскольку автопроизводители ищут способы снизить стоимость электромобилей», — отметила фирма Benchmark в октябре прошлого года. Здесь говорят, что 81% мировых поставок фосфатной руды идут всего из шесть стран. В основном это Китай и Марокко, но настоящая проблема этим не ограничивается. В аккумуляторе LFP нельзя использовать фосфатную руду добытую непосредственно и сразу из шахты. Ее необходимо очищать.
«Только 3% от общего объема поставок фосфатной продукции в настоящее время подходят для применения в литий-ионных аккумуляторах, — отмечает Benchmark. — Для LFP необходима очищенная фосфорная кислота пищевого качества, при этом спрос на нее обусловлен в основном использованием в пищевой и промышленной сферах». Исходя из этого, видимо, этим секторам придется скоро освободить место и для аккумуляторов. Benchmark ожидает, что доля автопроизводителей в мировом спросе на фосфорную кислоту к 2030 году вырастет до 24%, по сравнению с 5% в настоящее время.
Очищенный фосфат активно применяется в пищевой промышленности и как следствие в сточных водах. Для тех, кто подзабыл, напомним, что фосфаты — это соединения, полученные из фосфора, который естественным образом содержится в мясе и других продуктах. Однако практика добавления большого количества фосфатов в обработанные продукты может привести к проблемам со здоровьем. «Гиперфосфатемия была подтверждена как возможный источник повышенной смертности при прогрессирующей хронической болезни почек», — предупреждают национальные институты здравоохранения. Они перечисляет обработанное «мясо, ветчину, колбасы, консервированную рыбу, выпечку, колу и другие безалкогольные напитки» среди продуктов, в которые обычно добавляют большое количество фосфата.
Все это означает, что концентрация пищевого фосфора в сточных водах может быть достаточно высокой, чтобы использовать их для налаживания цепочки поставок. Это смелое предложение поступило от исследовательской группы из Шэньчжэньской инженерно-исследовательской лаборатории.
Городские сточные воды, как правило, почти на 100% состоят из воды с незначительным количеством органических и неорганических твердых веществ. Исчезающе малое присутствие этих твердых веществ предполагает, что экономически извлечение какого-либо конкретного элемента необоснованно. Однако очистные сооружения уже выполняют большую часть работы, поскольку уже изначально спроектированы для отделения твердых веществ. Суть в том, чтобы далее захватить избыток фосфора. Побочным продуктом очистки является также железо. Чтобы выудить оба эти вещества, команда из Шэньчжэня подвергла шлам процессу уплотнения или спекания. «Этот шлам, богатый фосфором и железом, подвергается спеканию с последующей промывкой кислотой для получения очищенных оксидов P–Fe (Fe2.1P1.0O5.6)», — уверяют они.
Интересно, что исследовательская группа также обнаружила, что ил сточных вод может улучшить производительность батареи LFP. После извлечения очищенных оксидов из сточных вод ученые покрыли ими углеродный катод и получили «емкость 114,9 мА·ч·г−1 при 17 мА·г−1 при циклической стабильности 99,2% после 100 циклов».
«Улучшенная производительность объясняется полезными примесями ила, которые способствуют более стабильной кристаллической структуре в катодах», — сделали вывод ученые. Они также отмечают, что их процесс также улучшает качество сточных вод. Осадок здесь обычно обезвоживают или высушивают для использования в качестве удобрения, поэтому удаление из ила избытка фосфорсодержащих веществ является еще одним плюсом.
Между тем, автопроизводители не ждут пока ученые начнут делать аккумуляторы из сточных вод и тому подобное. Ford Motor Company запустила план по производству аккумуляторов LFP. По состоянию на прошлый месяц будущий аккумуляторный завод компании был готов примерно на 20%.
Фирма ENTEK Lithium Separators, также присматривается к LFP. В прошлом месяце она получила одобрение кредита в размере до 1,2 млрд долларов — да, именно миллиарда и именно долларов — от Министерства энергетики США. «Производимые сепараторы смогут использовать все существующие химические составы литий-ионных аккумуляторов, включая NMC, NCA, LMFP и LFP», — отмечает Министерство энергетики.
Глобальные игроки химической промышленности также присматриваются к США. В октябре 2022 года израильская ICL Group объединилась с норвежским стартапом Freyr Battery и компанией из Юты American Battery Factory, чтобы объявить о своих планах по открытию завода по производству катодного порошка LFP в Миссури. «В настоящее время компания строит завод за 400 миллионов долларов в Сент-Луисе для литий-железо-фосфатных аккумуляторов», — сообщалось в ноябре прошлого года. «ICL быстро увидела потенциал фосфатных соединений для производства аккумуляторов рынка электромобилей», — подчеркивает компания.
А подозревали ли вы ранее, что ваши сточные воды содержат столько полезной информации?
