Резкий рост цен на кобальт привел к появлению новых технологий производства аккумуляторов

В 1980 году в Оксфорде Джон Гуденоу изобрел первый литий-ионный аккумулятор, в котором использовался кобальт благодаря его высокой плотности энергии, что особенно подходит для небольших, но мощных батарей. Однако использование кобальта стало предметом пристального внимания из-за его высокой стоимости и этических проблем, связанных с его добычей.

Роль кобальта в литий-ионных батареях

Кобальт является неотъемлемой частью большинства коммерческих литий-ионных батарей, которые ценятся за способность стабилизировать батарею и обеспечивать высокую плотность энергии. Эти батареи имеют положительный электрод, обычно графитовый, и отрицательный электрод, состоящий из композита лития, кобальта и кислорода. Высокая плотность энергии кобальта делает его идеальным для использования в портативной электронике и электромобилях (EV).

Однако спрос на кобальт привел к резкому росту цен, что способствовало неэтичной практике добычи, особенно в Республике Конго. Нарушения прав человека, в том числе использование детского труда, стали проблемой в индустрии добычи кобальта. Это заставило производителей электроники и электромобилей искать альтернативы, чтобы снизить затраты и избежать соучастия в этих нарушениях.

Переход к бескобальтовым батареям

В ответ на эти проблемы компании внедряют инновации, чтобы уменьшить или полностью исключить кобальт из состава своих батарей. Компания Panasonic, поставщик батарей для Tesla, объявила о разработке батарей без кобальта. Исследователи, в том числе Джон Гуденоу, являются пионерами в разработке новых технологий, не использующих кобальт.

Традиционная конструкция литий-ионных батарей эволюционирует. Например, в аккумуляторных батареях для EV отрицательный электрод теперь часто содержит больше никеля, что снижает использование кобальта. Однако этот переход влечет за собой свои проблемы, такие как увеличение стоимости обработки и повышенный риск возгорания, что проявилось в таких инцидентах, как возгорание батареи Samsung Note 7.

Изучение альтернативных материалов

В новых технологиях производства батарей изучаются такие материалы, как марганец и железо. Эти элементы могут образовывать структуру роксальта, которая, хотя и не обладает такой энергетической плотностью, как кобальт или никель, является жизнеспособной альтернативой. Эта роксальтовая структура была реализована в некоторых устройствах, продемонстрировав свой потенциал.

Кроме того, еще одним перспективным направлением является разработка твердотельных батарей. Для таких батарей может потребоваться больше лития, но не обязательно кобальта, что повысит безопасность по сравнению с нынешними литий-ионными батареями. Такие компании, как BMW, Toyota и Honda, активно исследуют твердотельные батареи. Однако эксперты, такие как Оливетти из Массачусетского технологического института, предупреждают, что эта технология может быть готова к выходу на рынок не раньше 2025 года.

Отраслевые инициативы и этичный поиск поставщиков

В то же время компании стремятся свести к минимуму использование кобальта и улучшить этическую практику поиска поставщиков. Инициатива Responsible Cobalt Initiative, в которую входят такие крупные компании, как Apple и Samsung, направлена на решение экологических и социальных проблем при производстве кобальта. Apple предприняла значительные шаги, закупая кобальт непосредственно у шахтеров, чтобы обеспечить соблюдение стандартов безопасности и этики.

Заключение

Эволюция аккумуляторных технологий обусловлена высокой стоимостью и этическими проблемами, связанными с кобальтом. Хотя кобальт играет важнейшую роль в создании батарей с высокой плотностью энергии, отрасль стремительно внедряет инновации, чтобы найти устойчивые альтернативы. От увеличения содержания никеля до разработки бескобальтовых и твердотельных батарей - будущее накопителей энергии должно стать более этичным и экономически эффективным. Пока технология твердотельных аккумуляторов не станет основной, отрасль будет продолжать сокращать использование кобальта и повышать этические стандарты цепочки поставок.

Призыв к действию

Будьте в курсе последних достижений в области аккумуляторных технологий и устойчивых практик в отрасли. Для получения дополнительной информации и обновлений посетите сайт Stanford Advanced Materials (SAM) и подпишитесь на нашу рассылку.