钴的替代品,电池中的这种血腥钻石

原钴矿石

约翰·古德纳夫(John Goodenough)在1980年在牛津大学制造出首个可充电锂离子电池时[更精确地说,他为他/他开发了一个阴极。 [perev。],他需要钴。 实验已经表明,这种金属具有很高的能量密度,非常适合于需要大量能量的小型电池。 因此,古德纳夫独自提取钴,将前体加热到很高的温度。

今天,大多数商用锂离子电池中都存在钴-但您必须为此付费。 是的,这种银金属很贵。 但是价格却更高:侵犯人权的悠久历史,包括在刚果民主共和国与金属生产相关的采矿活动中使用儿童 。 生产电子和电动汽车的公司不想为此付出代价并证明自己参与了这些暴行,因此他们试图减少钴的使用量。 特斯拉电池供应商松下(Panasonic)在6月宣布开发不需要钴的电池。 他们争取了科学家的帮助:Gudenaf和其他专家已经开发出不需要钴的可充电电池。


该矿工在刚果南部卢拉巴省首府科威兹附近的前工业钴-铜矿Tilvisembe工作。 2016年6月。

电池有一个阳极,一个正极(通常使用石墨),一个阴极,一个负极,含有锂,钴和氧的混合物。 您很可能是从装有此类电池的设备上阅读此文本的。 在电动汽车中,阴极通常比较小的设备包含更多的镍-降低了钴供应链上的压力,但是这种电池通常更昂贵,并且在飞机中自燃的风险也更大,例如臭名昭​​著的三星Galaxy Note 7。钴是成对的,这意味着它小巧,致密且易于形成层。

但是,包括古德纳夫(Gudenaf)在内的一批新的电池研究人员正在转向锰和铁等材料。 这些元素代替了层,而是结合成类似于岩盐的结构。 岩盐阴极已经在某些设备中使用,但到目前为止,它们缺乏与钴或镍相同的高能量密度。

研究人员和公司正在尝试寻找替代方案。 “钴很昂贵,人们会尽量不要使用它,”仍然是德克萨斯大学工程学教授的古德诺说。 在过去的两年中,钴的成本翻了两番 ,尽管手持电子设备使用的份额最大,但电动汽车电池所需的钴几乎是电话的1000倍。 并且考虑到人为的气候变化,越来越多的人正在将内燃机改变为电动发动机。 如果这种趋势对地球有用,那么钴价将继续上涨。

钴是生产其他金属(如镍和铜)的副产品,但它也独立存在于地壳中,用于开采的矿山大多位于刚果。 2016年,《华盛顿邮报》对先前未知的钴供应链进行了调查 ,发现使用童工和缺乏必要的设备。

当然,还有另一种避免矿石开采危险的方法:重复利用。 但MTI能源教授Elsa Olivetti解释说,锂离子电池的使用寿命如此之长,以至于在未来10年内,购买锂离子电池的人数将超过摆脱锂离子电池的人数。 去年10月,她发表了一篇论文,得出结论认为,为了满足未来几年的需求,必须非常迅速地增加钴的供应,尤其是随着电动汽车数量的增加。 她写道,尽管在过去的八个月中阴极和钴开采的发展取得了进展,但“我认为总的结论是我们必须认真考虑钴。” “但是人们已经开始这样做了。”开发具有高能量密度的稳定物质(例如磷和铁)的阴极。

但是研究人员正在寻找超越分层和岩盐电池的方法,他们正在开发固态电池。 他们可能需要更多的锂,但不一定需要钴,而且它们将比现代锂离子电池安全得多。 BWM,丰田和本田等汽车公司正在研究此类电池,但奥利维蒂(Olivetti)认为,直到2025年,该技术才准备进入市场。 在此之前,公司将尝试减轻钴电池的影响。 苹果和三星等公司已加入“ 负责任钴计划”,以应对供应链中最严重的社会和环境影响。 最近,苹果公司开始直接从矿工那里购买钴,以确保供应商在其工作场所达到可接受的工作标准。

古德纳夫(Goodenough)虽然已经96岁,但他仍然与钴合作。 尽管他开发了一种不含钴的电池,但他不认为该电池离我们的耳朵一毫米远的日子已经计算在内。 他说,尽管钴的成本很高,但其原始的锂离子电池设计仍然足够好[发明人Goodenough的姓氏由两个词组成,足够好,表示“足够好” /大约。 翻译]。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN416243/


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