特斯拉的電池供應(yīng)商松下公司在近日宣布，他們正在開發(fā)不需要鈷的電池。已經(jīng)研發(fā)出無鈷電池的Goodenough等研究人員也在給松下公司提供幫助。

1980年，John Goodenough于牛津發(fā)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(dǎo)部分的方式，自己來提煉鈷。

至今，大多數(shù)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(quán)的情況，包括雇傭童工采礦的行為。電子設(shè)備和電動汽車公司不愿支付大價錢用于制造生產(chǎn)，亦不愿意參與當?shù)氐膶θ藱?quán)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(yīng)商松下公司在近日宣布，他們正在開發(fā)不需要鈷的電池。已經(jīng)研發(fā)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。在電動汽車的電池組中，負極材料部分往往含有比電子產(chǎn)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(zāi)——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(nèi)的新一代電池研究人員正在轉(zhuǎn)向?qū)﹀i和鐵等材料的研究。不同于層狀結(jié)構(gòu)，這些元素會形成一種“巖鹽”(rocksalt)結(jié)構(gòu)。含有巖鹽的負極已經(jīng)在某些裝置中被使用，但目前巖鹽結(jié)構(gòu)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。“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(xué)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(xiàn)階段，便攜式電子設(shè)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(nèi)燃機驅(qū)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(chǎn)過程中的副產(chǎn)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(yīng)鏈進行了調(diào)查，揭露了雇傭童工和缺乏必要開采設(shè)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(chǎn)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(xué)院的能源研究專家Elsa Olivetti表示。去年十月，她發(fā)表了一篇文章，得出的結(jié)論是鈷的供應(yīng)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(fā)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(jīng)開始逐漸減少對于鈷元素的使用”，用磷和鐵等穩(wěn)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(jié)構(gòu)的電池之外，研究人員正在研發(fā)固態(tài)電池。這類電池可能需要更多的鋰，但不一定是鈷，并且比現(xiàn)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(shù)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Responsible CobaltInitiative計劃，承諾改善在鈷的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染和惡劣社會影響。最近，蘋果公司已經(jīng)開始直接從礦工處購買鈷元素，以確保鈷供應(yīng)商的生產(chǎn)安全條件達到行業(yè)要求水平。

96歲高齡的Goodenough依然考慮著鈷的應(yīng)用。盡管他已經(jīng)開發(fā)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(chǎn)成本高昂，他早年設(shè)計的鋰電池依然有著非常不錯的應(yīng)用潛力。