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钮扣锂电池的后“钴”时代,原料价格飞涨催生电池新技术进
- 2018-12-22 -

       1980年,牛津大学的John Goodenough发明了第一个需要钴的锂离子充电电池。实验表明,钴具有很高的能量密度,特别适用于需要大量能量的小型电池。Goodenough通过加热铅的部分来提炼钴。

       如今,大多数商用钮扣锂电池都使用钴,但价格昂贵。为此目的,它创造了一个黑人利益链:侵犯人权,包括在采矿中雇用童工,在刚果共和国长期存在。电子和电动汽车公司一直不愿为制造成本高昂,也不愿参与当地侵犯人权的活动,因此它们在电池中使用的钴越来越少。特斯拉的电池供应商松下(panasonic)上个月晚些时候宣布,正在开发不需要钴的电池。像开发出无钴电池的Goodenough这样的研究机构,也在帮助松下。

       电池有正极(通常是石墨)和负极(锂、钴和氧的混合物)。在电动汽车中,电池组的负极往往比电子产品含有更多的镍,从而减少了钴的使用,但它的加工成本更高,而且更有可能在飞机上引发火灾,就像三星Note 7那样。相比之下,钴的外层轨道有成对的电子,这意味着它体积小,密度大,容易形成形成层。

       但包括Goodenough在内的新一代电池研究人员正转向锰和铁等材料。与分层结构不同,这些元素形成了“岩盐”结构。含有岩盐的负极已经在一些装置中得到应用,但岩盐的结构并没有钴或镍那样的高能量密度。

       研究人员和公司已经准备好了替代方案。得克萨斯大学(university of Texas)工程学教授古德纳克(Goodenough)表示:“由于钴价格昂贵,企业试图不在电池制造中使用它。”钴的价格在过去两年中翻了两番。目前市场上大部分钴都用在便携式电子设备上,未来电动汽车的电池组对钴的需求将是手机的近1000倍。随着全球气候变暖,越来越多的人用电动汽车代替内燃机。这对地球有好处,但它确实推高了钴的价格。

       钴是镍和铜等其他金属生产的副产品,但它也以自身的形式存在于地壳中,主要存在于刚果民主共和国的矿山中。2016年,《华盛顿邮报》(Washington post)对之前不透明的钴供应链进行了调查,发现存在童工和缺乏必要的采矿设备。

       当然,还有其他方法可以避免危险的采矿情况:回收钴。但美国麻省理工学院(mit)能源研究专家埃尔莎•奥利维蒂(Elsa Olivetti)表示,由于锂离子电池寿命长,电子产品需求不断增长,未来10年购买锂离子电池的人数将大幅增加。去年10月,她发表了一篇文章,结论是钴供应将迅速增长,以满足未来几年的需求,尤其是随着电动汽车的崛起。她写道,尽管过去8个月里新型阴极材料和开源钴的开发取得了进展,“钴电极仍然存在,对研究很有价值。”但钴的使用已经逐渐减少,”他说,使用稳定、高能量的金属,如磷和铁来制造阴极。

       现年96岁的Goodenough仍在考虑钴。尽管他已经开发出一种不需要钴的电池,但他认为钴锂电池永远不会消失。尽管生产成本较高,但他早年设计的锂电池仍有很大的应用潜力。

 

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