鋰電池的后“鈷”時代 原料價格飛漲催生電池新技術進化

1980年，JohnGoodenough于牛津發明了第一塊要鈷的鋰離子充電電池。試驗證明，鈷的能量密度非常高，特別適合體積小卻要大能量的電池。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加工，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供應幫助。

電池有一個負極材料，通常是石墨，以及一個正極材料，由鋰，鈷和氧組成的合成物。在電動車的電池包中，負極材料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，但卻帶來了更高的解決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辦法。因為鈷的價格昂貴，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。現階段，便攜式電子設備使用了市場上的大部分鈷，而將來電動車電池包關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加工過程中的副產品，但它也以自身的形式存在于地殼中，緊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亮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，也有其它的方式來戒備危險開采的情況：回收利用鈷。但是，因為鋰電池的壽命很長，且人們對電子產品需求會越來越高，所以在將來10年購買鋰電池的人會顯著新增，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上升，以滿足將來幾年的需求，特別是隨著電動車的興起。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，她依然寫道：目前來看，鈷類電極仍舊有存在且被研究的價值。但人們已經開始逐漸減少關于鈷元素的使用，用磷和鐵等穩定的、能量密集的金屬來制造電池負極將是將來的趨勢。

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。這類電池可能要更多的鋰，但不一定是鈷，并且比現有的鋰電池要安全得多。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，承諾改善在鈷的加工過程中出現的環境污染和惡劣社會影響。最近，蘋果公司已經開始筆直從礦工處購買鈷元素，以確保鈷供應商的加工安全條件達到行業要求水平。

96歲高齡的Goodenough仍舊考慮著鈷的使用。盡管他已經開發出一塊不要鈷的電池，他依然不認為使用鈷的鋰電池會從此退出歷史舞臺。盡管加工成本高昂，他早年設計的鋰電池仍舊有著非常不錯的使用潛力。

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