По мере того, как мир стремительно движется к электрическому будущему, #литий становится королём аккумуляторного бума. Именно этот элемент дал название вездесущим литий-ионным аккумуляторам, и его цепочка поставок находится под пристальным вниманием. Но что, если ключ к революции электромобилей кроется не только в литии, но и в другом, менее известном минерале?
Встречайте #плавиковыйшпат. Хотя он, возможно, и не так известен, этот важнейший минерал является незаменимым компонентом в производстве любого литий-ионного аккумулятора, и спрос на него в электромобильной отрасли огромен. Фактически, на каждый килограмм лития в типичном аккумуляторе электромобиля требуется почти десять килограммов плавикового шпата. Это обстоятельство обусловливает первостепенное значение обеспечения стабильной и устойчивой цепочки поставок плавикового шпата для обеспечения перехода к чистой энергии.
Что такое плавиковый шпат и почему он так важен?
Плавиковый шпат, также известный как #флюорит, — минеральная форма фторида кальция (CaF2). Он состоит на 51,1% из кальция и на 48,9% из фтора (по массе) и является основным источником фтора для химической промышленности в мире. Этот высокореакционноспособный элемент играет ключевую роль в производстве аккумуляторов.
Фтор — это не просто добавка; это основополагающий компонент, который широко используется и потребляется в процессе производства современных литий-ионных аккумуляторных элементов, воздействуя на анод и электролит ( источник ).
Электролит: электролит — это среда, обеспечивающая движение ионов лития между анодом и катодом. Наиболее распространённая электролитная соль — гексафторфосфат лития (LiPF6). Для аккумулятора ёмкостью 100 кВт·ч требуется примерно от 17,5 до 24 кг этой соли, содержащей от 13,1 до 18,1 кг фтора.
Связующее: Для создания электродов порошкообразные активные ингредиенты склеиваются между собой и с токосъемниками с помощью связующего вещества. Эту важную роль выполняют фторированные полимеры, такие как поливинилиденфторид (ПВДФ). В аккумуляторе ёмкостью 100 кВт·ч используется примерно 6–8 кг связующего ПВДФ, содержащего 3,5–4,75 кг фтора.
Анод: Графит, используемый в аноде, должен быть исключительно чистым. Для этого сырой графит очищается плавиковой кислотой (HF), получаемой из плавикового шпата. Процесс очистки анода для аккумулятора ёмкостью 100 кВт·ч потребляет от 7,5 до 15 кг HF, содержащего от 7 до 14 кг фтора.
Цифры: количественная оценка потребности в плавиковом шпате
Количество плавикового шпата, необходимое для одного электромобиля, поразительно. Давайте рассмотрим типичный аккумулятор ёмкостью 100 киловатт-часов (кВт⋅ч), аналогичный тем, что используются во многих электромобилях с большим запасом хода ( источник ): Общая потребность во фторе: на протяжении всего производственного процесса — от очистки сырья до компонентов готовой батареи — требуется в общей сложности от 31,1 до 51,7 кг фтора.
Типичный пример: для наглядности инфографика показывает, что для производства аккумулятора емкостью 100 кВт·ч требуется 41,4 кг фтора и 11 кг лития.
Эквивалент плавикового шпата: для получения этих 41,4 кг фтора требуется переработать гораздо большее количество минерального сырья. Учитывая состав минерала, чистоту коммерческого «кислого шпата» (~97% CaF2) и неизбежные потери в сложной цепочке химической переработки, для одной батареи ёмкостью 100 кВт·ч требуется примерно 109,5 кг плавикового шпата .
Это приводит к простому, но действенному правилу для понимания будущего спроса: на каждый 1 кВт·ч ёмкости аккумулятора требуется примерно 1,1 кг плавикового шпата . По мере того, как мир наращивает ёмкость аккумуляторов в тераватт-часах (ТВт·ч), спрос будет исчисляться миллионами тонн.
Проблема поставок и путь вперед
Масштаб спроса подчёркивает наличие критической проблемы: цепочка поставок плавикового шпата нуждается в значительных инвестициях и расширении, чтобы идти в ногу с переходом на электромобили. В то время как страны стремятся создать устойчивые внутренние цепочки поставок критически важных минералов, разработка новых источников плавикового шпата