近日，北京理工大學王兆華教授團隊的研究成果“Lithium-ion battery recycling relieves the threat to material scarcity amid China’s electric vehicle ambitions”以研究長文（Research article）的形式發(fā)表于《自然》雜志子刊《自然·通訊》（Nature Communications）。北京理工大學張斌教授為第一作者，辛清瑤博士、王兆華教授以及來自新加坡國立大學的Prateek Bansal教授為論文的共同通訊作者。北京理工大學為論文第一署名單位。

隨著中國“碳中和”目標的推進，電動汽車的快速普及對鋰離子電池的需求激增。這引發(fā)了對鋰離子電池關(guān)鍵材料供應(yīng)的擔憂，其中鈷、鋰、鎳、錳等關(guān)鍵材料的供應(yīng)短缺可能制約電動汽車的大規(guī)模部署。而鋰離子電池回收能在一定程度上緩解關(guān)鍵材料的供應(yīng)短缺問題。如何量化鋰離子電池回收對關(guān)鍵材料短缺的緩解潛力，系統(tǒng)評估其在環(huán)境效益、空間布局和經(jīng)濟可行性方面的影響，構(gòu)建最優(yōu)回收策略，是亟需解決的關(guān)鍵科學問題。

為此，王兆華教授團隊通過動態(tài)物質(zhì)流分析（dMFA）、生命周期評估（LCA）和地理空間優(yōu)化模型，構(gòu)建了一個綜合評價框架，系統(tǒng)量化了電池回收在資源補償、環(huán)境性能、空間配置和經(jīng)濟可行性方面的潛力，為中國碳中和目標下電動汽車發(fā)展提供解決方案，破解“無米之炊”困境。

研究發(fā)現(xiàn)，滿足電動汽車的部署目標將擴大鋰離子電池關(guān)鍵材料的供需差距。預(yù)計到2060年，對鈷和錳的需求將超過2022年生產(chǎn)水平的幾十倍甚至上百倍。動力電池回收對緩解關(guān)鍵材料短缺至關(guān)重要，要確保到2060年供應(yīng)穩(wěn)定，最低回收率需超過80%。進一步研究結(jié)果表明，鋰離子電池回收環(huán)境效益顯著且具備經(jīng)濟可行性。在最優(yōu)情景下，鋰離子電池回收可累計減少約1550 Mt CO?排放，抵消電池制造55%的碳排放，并可以實現(xiàn)超過500億美元的凈收益。

圖1 動力電池回收的需求和潛在二次供應(yīng)模擬

該項研究揭示了動力電池回收經(jīng)濟和環(huán)境績效之間的內(nèi)在權(quán)衡關(guān)系，為制定強化供應(yīng)鏈韌性的電池回收策略提供了決策依據(jù)，有助于我國碳中和背景下汽車電氣化進程的有序推進。

該研究工作是國家自然科學基金創(chuàng)新群體項目、國家自然科學基金青年科學基金項目B類（原優(yōu)青項目）、國家自然科學基金重點專項項目和教育部哲學社會科學重大研究項目等的階段性工作成果。