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鋰電池的后‘’鈷‘’時代原材料價格飛漲的原因

鉅大LARGE  |  點擊量:1383次  |  2018年08月03日  

1980年,JohnGoodenough于牛津發明了第一塊需要鈷的鋰離子充電電池。實驗證明,鈷的能量密度非常高,特別適合體積小卻需要大能量的電池。Goodenough通過加熱前導部分的方式,自己來提煉鈷。

今天,大多數商用鋰離子電池都采用了鈷,但是它造價昂貴。為此,它衍生出了黑色的利益鏈條:很長一段時間,在剛果共和國存在著侵犯人權的情況,包括雇傭童工采礦的行為。電子設備和電動車公司不愿支付大價錢用于制造生產,亦不愿意參與當地的對人權剝削的行動,所以他們逐漸減少電池中鈷的使用量。特斯拉的電池供應商松下公司在上月底宣布,他們正在開發不需要鈷的電池。已經研發出無鈷電池的Goodenough等研究人員也在給松下公司提供幫助。

電池有一個正極,通常是石墨,以及一個負極,由鋰,鈷和氧組成的合成物。在電動汽車的電池組中,負極部分往往含有比電子產品更多的鎳成分,這雖然減少了鈷的使用,但卻帶來了更高的處理成本而且更容易在飛機上引起火災——例如三星Note7中的那塊電池。相比之下,鈷原子外軌上的電子是成對分布的,這意味著它小而致密,并且容易形成層狀。

但包括Goodenough在內的新一代電池研究人員正在轉向對錳和鐵等材料的研究。不同于層狀結構,這些元素會形成一種“巖鹽”(rocksalt)結構。含有巖鹽的負極已經在某些裝置中被使用,但目前巖鹽結構還沒有具有與鈷或鎳相同的高能量密度。

研究人員和公司已準備好替代方案?!耙驗殁挼膬r格昂貴,所以公司盡量不去在電池制造中使用它”,德克薩斯大學工程教授的Goodenough這樣說道。在過去的兩年中,鈷的價格翻了兩番?,F階段,便攜式電子設備使用了市場上的大部分鈷,而未來電動汽車電池組對于鈷的需求量將比手機高出近1000倍。隨著全球氣候變暖,越來越多的人正在將內燃機驅動汽車更換成電動汽車。雖然這對地球來說是件好事,但著實推高了鈷的價格。

鈷是鎳和銅等其他金屬生產過程中的副產品,但它也以自身的形式存在于地殼中,主要分布在剛果民主共和國的礦山處。2016年,華盛頓郵報對過去不透明的鈷供應鏈進行了調查,揭露了雇傭童工和缺乏必要開采設備的情況。

誠然,也有其它的方式來避免危險開采的情況:回收利用鈷。但是,因為鋰離子電池的壽命很長,且人們對電子產品需求會越來越高,所以在未來10年購買鋰離子電池的人會顯著增加,來自麻省理工學院的能源研究專家ElsaOlivetti表示。去年十月,她發表了一篇文章,得出的結論是鈷的供應將迅速增長,以滿足未來幾年的需求,特別是隨著電動汽車的興起。盡管針對新負極材料的研發和過去八個月鈷元素的開源取得進展,她仍然寫道:“目前來看,鈷類電極依然有存在且被研究的價值。但人們已經開始逐漸減少對于鈷元素的使用”,用磷和鐵等穩定的、能量密集的金屬來制造電池負極將是未來的趨勢。

除了分層狀和巖鹽結構的電池之外,研究人員正在研發固態電池。這類電池可能需要更多的鋰,但不一定是鈷,并且比現有的鋰離子電池要安全得多。寶馬、豐田、和本田等汽車公司正在研究這些電池,但Olivetti認為該技術不會滿足2025年的市場需求。在此之前,公司將嘗試減少含鈷電池的使用。蘋果和三星等公司已加入ResponsibleCobaltInitiative計劃,承諾改善在鈷的生產過程中產生的環境污染和惡劣社會影響。最近,蘋果公司已經開始直接從礦工處購買鈷元素,以確保鈷供應商的生產安全條件達到行業要求水平。

96歲高齡的Goodenough依然考慮著鈷的應用。盡管他已經開發出一塊不需要鈷的電池,他仍然不認為使用鈷的鋰電池會從此退出歷史舞臺。盡管生產成本高昂,他早年設計的鋰電池依然有著非常不錯的應用潛力。

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