Можно ли обойтись без кобальта для литий-ионных батарей?

Исследователи и компании готовы к переменам. «Кобальт дорогой, и люди сделают все возможное, чтобы найти ему замену»

Когда Джон Гуденаф в 1980 году создавал первый литий-ионный аккумулятор, ему понадобился кобальт. Он экспериментально установил, что этот металл идеально подходит для небольших батарей, которые нуждаются в большом количестве энергии.

Сегодня кобальт содержится в большинстве продаваемых литий-ионных аккумуляторах. Серебристый металл дорог и имеет мрачный шлейф: непрекращающиеся нарушения прав человека, включая детскую эксплуатацию труда, связанную с производством в Демократической Республике Конго. Компании, производящие электромобили и различные электронные устройства, не хотят платить большие деньги за сырье и вынуждены иметь дело с недобросовестными предпринимателями. Поэтому они пытаются снизить потребность в кобальте, используемый в производстве батарей.

Panasonic, поставщик аккумуляторов для Tesla, объявил в 2018, что они разрабатывают батареи, которые не нуждаются в кобальте. Goodenough и другие исследователи, также ведут разработку перезаряжаемых батарей, которым кобальт тоже не нужен.

У батарей в устройстве, на котором вы, вероятно, читаете эту статью, есть положительный электрод, обычно графит, и катод, отрицательный электрод - комбинация лития, кобальта и кислорода. В электромобилях катод изготовлен из более тяжелого никеля, что снижает потребность в поставках кобальта, но требует более высоких затрат при производстве. Кроме этого, такие батареи имеют большую склонность к возгоранию.

Сейчас исследователи, включая Goodenough, занимаются исследованиями новых материалов для аккумуляторов, таких, как марганец и железо. Эти элементы объединяются в структуру, напоминающую каменную соль. Такие катоды уже используются в некоторых устройствах, но пока не могут сравниться в энергоемкости с кобальтом или никелем.

Исследователи и компании готовы к переменам. «Кобальт дорогой, и люди сделают все возможное, чтобы найти ему замену», - говорит Гуденаф. За последние два года цена на кобальт выросла в четыре раза. Львиная доля портативных электронных устройств в настоящее время используют кобальт, а аккумулятор электромобиля требует почти в 1000 раз больше кобальта, чем телефон. Сейчас все больше и больше людей отдают предпочтения электромобилям. Это определяет рост цен на кобальт.

Кобальт - побочный продукт производства других металлов, таких как никель и медь, кроме этого, он присутствует в земной коре самостоятельно. И главным образом добывается в шахтах Демократической Республики Конго.

Конечно, есть еще один способ снизить добычу полезных ископаемых: их переработка. Но литий-ионные батареи работают достаточно продолжительное время и люди, которым потребуются литий-ионные батареи в течение следующих 10 лет не смогут их получить путем переработки, так как еще не закончится срок эксплуатации предыдущих. Людям необходимо создавать катоды со стабильными, энергоемкими металлами, такими как фосфор и железо.

Исследователи начинают смотреть дальше, чем на твердотельные батареи. Эти батареи могут потребовать больше лития, но не обязательно кобальта, и будут намного безопаснее, чем современные литий-ионные батареи. Такие автомобильные компании, как BMW, Toyota и Honda, занимаются исследованием подобных аккумуляторов, но некоторые склоняются, что они смогут насытить ими рынок не ранее, чем к 2025 году. А до тех они будут пытаться смягчить потребность в кобальтовых батареях.

Такие компании, как Apple и Samsung также осознают проблемы добычи кобальта, обещая устранить наихудшие экологические и социальные последствия цепочки поставок. В последнее время Apple начала покупать кобальт напрямую у шахтеров чтобы убедиться, что поставщики обеспечивают приемлемые условия эксплуатации труда.

Гуденаф, со своей стороны, все еще думает о кобальте, даже в 96 лет. Несмотря на высокую стоимость кобальта, говорит он, оригинальная конструкция литий-ионного аккумулятора все еще достаточно хороша.

Источник: WIRED