Strategic retirement enhances electric vehicle battery circularity
本研究表明，通过提议的动态置换框架，将电动汽车电池提前1–2年进行战略性退役，可以将目前无法再利用的单元中的40%–50%转化为有价值的二次利用储能资源，从而显著增强循环性和环境可持续性。
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电动汽车正在重塑我们的出行方式，但它们的动力源面临着一个关键问题：当它们不再适合上路时该怎么办。每辆电动汽车的核心都是一个大型锂离子电池，这是一个储存能量以驱动车轮的复杂化学系统。随着时间的推移，这些电池会自然地失去充满电的能力，这一过程被称为退化。一旦电池容量降至某一特定点以下，车主通常会更换它，并往往将旧单元视为注定要送往回收厂的废物。然而，许多这些退役的电池仍保有显著的能量，足以为家庭供电或在未来数年内稳定电网。挑战在于，究竟何时该切断汽车电池的电源，以及如何确保它足够健康以进行“第二次生命”，而不是过早地进入回收箱，或者在车内停留太久直到变得毫无用处。
现在，一支研究团队已经勾勒出解决这一难题的路径，他们指出，只需在决定何时退役电池的方式上进行微小的转变，就能解锁一个巨大的清洁能源存储新来源。通过分析涉及人们驾驶方式、居住气候以及电池离开汽车后可从事的具体工作的 10,000 多种不同场景，科学家们发现，目前处理旧电池的方式正让大量的价值白白流失。他们提议采取一种策略：与其等待电池完全耗尽，不如让车主稍微提前退役电池，例如比通常时间早一到两年。这一简单的改变可以将目前近一半被认为因退化过度而无法重复利用的电池，转化为能够储存太瓦时级电力的宝贵资源。
研究人员首先意识到，并非所有电池的老化速度都相同。在炎热气候下激烈驾驶的汽车，其电池退化速度远快于在凉爽地区温和驾驶的车辆。为了捕捉这一现实，他们研究了在模拟真实驾驶条件下的商用电池单元，包括城市交通中的走走停停、激进驾驶者的高速需求，以及出租车车队的持续运行。他们还将这些数据与不同温度对电池化学性质的影响相结合。其结果是描绘出了每块电池健康状况随时间变化的详细图景，揭示了电池退役的时机与使用方式同样重要。
通过一种结合了电池化学物理定律与机器学习的新型计算方法，该团队模拟了这些电池的未来。他们测试了如果一块在特定里程时退役的电池被转移到 56 种不同的二次生命应用场景（范围涵盖从充电站到 16 个国家的电网储能系统）中，会发生什么。模拟显示，如果电池退役得太晚，其剩余寿命通常太短，无法在这些新角色中发挥作用，从而使重复利用的努力在经济上变得不可行。然而，如果提前一点点退役，使其仍保有健康的剩余寿命，将大大增加其成功的机会。对于许多驾驶者来说，提前一两年取出电池，能使其从“不可用”类别转变为“高度可重用”类别，从而将其总服务寿命延长四到五年。
这项研究还确定了一种实时做出决策的简单方法。研究人员开发了一个特定的指标，观察电池容量和内阻随老化程度的变化情况。通过该指标，汽车的车载计算机可以计算出车主更换电池的最佳时机。这种建议因人而异；例如，在寒冷气候下的出租车司机可能会比炎热气候下的激进驾驶者更久地保留其电池。通过遵循这些个性化的指南，电池制造商可以提供向车主支付公平价格以回收其旧电池的折价换新计划，从而确保电池在仍具价值时被收集。
这种方法挑战了普遍存在的观点，即认为重复利用电动汽车电池风险过高或难度太大而不值得去做。研究表明，问题不在于电池本身，而在于缺乏明确的退役策略。在目前的实践中，由于电池通常被保留直到失效，许多单元已退化到了无法挽回的地步。通过采取主动策略，业界可以将目前被视为贬值资产的东西转变为宝贵的资源。研究结果表明，这种转变可以减少高达 74% 的新电池原材料需求，并为存储可再生能源提供一个大规模、可扩展的解决方案，在无需等待新技术发明的情况下，助力实现更清洁的未来。
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