一个典型的家庭或工作场所大约有10个电池——手机、手表、笔记本电脑、平板电脑、游戏机、家用电器、工具、扬声器、自行车、滑板车等等。它们都使用相同的锂离子技术作为动力。这种电池的缺点是价格昂贵，容量有限，而且随着时间的推移效率会降低。稀土成本高是因为稀土化学元素的全球储量有限，被六个矿业国家(中国、澳大利亚、刚果、智利、南非和印度尼西亚)垄断。这些电池的主要成分是钴、钒、钼、镍、铜、石墨和锰等。电动汽车产量的增加以及对间歇性可再生能源产生的能量的存储需求加剧了这一问题。欧盟委员会联合研究中心(JRC)的一项研究得出结论，没有足够的原材料来生产这么多电池。
根据国际货币基金组织(IMF)的数据，到2050年，不断增加的消费量将使电池原材料的需求比现有储备高出30-40%。由西班牙巴斯克地区政府资助的电化学和热能储存研究中心CIC energiGUNE警告说：“需要及时的合作决策。”
零排放政策也推动了需求。在未来7年，预计将有5000万辆电动汽车(EV)在欧洲上路，到2050年，欧盟道路上预计行驶的2.7亿辆汽车几乎都必须是电动的。
电动汽车可能是电池需求的主要驱动因素，但还有其他因素。Innoenergy智能电网和存储负责人Johan Söderbom在最近的BatSum23会议上表示，“电动汽车目前是电池市场的领头羊，但不应低估对固定电源(来自间歇性可再生能源，如风能和太阳能)的需求。”欧盟预测，未来20年，电动汽车需求将达到1.5万亿瓦时(1.5万亿瓦)，而固定电池必须产生80-160千兆瓦时的电量。
JRC报告指出：“由于系统元件的额外成本，固定系统每千瓦时储存能量的成本要比电动汽车电池高得多。解决方案是投资开发电池，如磷酸铁锂（LFP）、钠（Na-ion）和钒氧化还原流（redox-RFB）电池。”
这些新的电池技术将减少对关键原材料的依赖。世界上80%以上的锂来自智利、澳大利亚和中国，而刚果民主共和国供应了世界上60%以上的钴。但这并不是唯一的担忧。“我们需要让电池变得更智能。为此，我们需要改善电池传感器和自我修复能力等特定方面，”卢布尔雅那大学(斯洛文尼亚)的研究员、欧洲电池2030+计划董事会成员Robert Dominko说。
JRC报告指出，在可预见的未来，基于锂离子的技术将在市场上占据主导地位，并详细介绍了可行替代品的优点和缺点。
磷酸铁锂(LFP)：这种技术更便宜、更持久、更安全，而且不含昂贵的钴和镍。它正在移动和固定应用领域取得进展，并将成为一种更重要的电源。然而，与镍锰钴电池(NMC)和镍钴铝电池(NCA)相比，其能量密度(存储容量与体积的比率)较低。它们的主要缺点是在回收链中价值低，在欧盟的制造能力有限。
镍锰钴(NMC)：这是一种使用较少钴的昂贵电池。它的主要优势是回收价值高，但在欧洲的生产链中并不突出。少用钴多用镍的电池广泛应用于汽车工业。
镍、钴和铝(NCA)：特斯拉广泛使用这种电池，在电动汽车应用中与LFP和NMC技术竞争。它的寿命比NMC短，热稳定性较差。欧洲的产量微乎其微——几乎为零——尽管其回收价值很高。
氧化钛锂(LTO)：这些电池的元件昂贵，能量密度低。但它们很安全，寿命更长，充电更快，在高温条件下也很有效。欧洲目前生产LTO电池。
其他备选方案
钠：Johan Söderbom认为，有前途的钠离子技术将对减少锂离子的使用至关重要。根据日本联合研究委员会的说法，它更便宜、更安全，而且不使用关键的原材料。然而，它们的产量比传统的锂离子技术要低。现在很多研究都集中在钠硫电池上，这种电池具有更高的能量密度和功率输出，更长的寿命和更大的存储容量。
氧化还原：钒氧化还原液流电池大多使用硫酸中溶解的钒，具有腐蚀性和毒性。“钒有很多优点，便宜而且稳定。但是如果这些电池漏出来是很不愉快的。你必须为他们设计非常耐用的容器，”CIC energiGUNE研究员Eduardo Sánchez在接受Horizon采访时说。
氧化还原电池的主要成分是两种液体——一种带正电，另一种带负电。当电池在使用时，液体被泵入一个腔室，由一层渗透膜隔开。带相反电荷的液体交换电子并产生电流。更多的研究正在进行中，以寻找与廉价、安全和非关键材料的化学组合，例如在水中储存碳基离子的盐水溶液，这是季节性能量储存的潜在解决方案。
固体状态。传统的锂离子电池有三个关键部件：两个固体电极(阳极和阴极)和一个液体电极(电解质)。当电池使用时，电子通过从阳极流向阴极而产生电能。正极的锂离子被阴极的负电荷吸引，在电解液中扩散。当电池充电时，这个过程反过来。欧洲ASTRABAT项目旨在用固体电解质(如陶瓷材料)或凝胶取代这种液体电解质，以实现更大的能量密度、安全性和制造灵活性。
ASTRABAT协调员Sophie Mailley说：“在这个领域仍然缺乏创新……锂基固态电池已经存在，但它们使用凝胶作为电解质，并且只能在60°C(140°F)左右的温度下工作，这并不适合许多应用。”
其他正在开发的电池包括梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)将在2025年开始使用的富硅阳极的锂离子电池，大众汽车(Volkswagen)押注的锂金属电池，以及锂-硫或锂-空气电池，这些电池在阳极使用锂氧化，在阴极使用氧还原来发电。
根据JCR的报告，所有这些研发工作都基于这样一种信念，即目前用于启动燃烧式汽车或作为辅助系统的最知名、最便宜和最成熟的电池“无法在电动汽车崛起的情况下保持其市场领导地位”。
回收
根据澳大利亚悉尼科技大学可持续未来研究所的一份报告，确保未来电池可用性的另一个关键方面是回收利用，这可能会在15年内将锂、钴和镍的提取量减少25-35%。在全球范围内，目前回收了60万吨锂离子电池，预计到2030年，这一数字将超过160万吨。
但回收电池及其金属既困难又昂贵。“电动汽车电池是一项非常复杂的技术，里面有很多不同的组件，所以回收设施也会非常复杂。从长远来看，这将是重要的，但从短期来看，它还有很长的路要走，”加州大学的地质学家Michael McKibben在接受Knowable采访时说。
根据ScienceDirect发表的一项研究，从电池中回收锂的成本比从矿山中提取锂的成本高出5倍。此外，一些回收过程，如冶炼金属提取装置，消耗大量能源，排放有毒气体，无法回收梦寐以求的锂。更有效的工艺研究正在进行中。
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