鋰電池的後「鈷」時代，原料價格飛漲催生電池新技術進

1980 年，John Goodenough 於牛津發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 通過加熱前導部分的方式，自己來提煉鈷。

圖丨John Goodenough

今天，大多數商用鋰離子電池都採用了鈷，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，包括僱傭童工採礦的行為。電子設備和電動車公司不願支付大價錢用於製造生產，亦不願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，他們正在開發不需要鈷的電池。已經研發出無鈷電池的 Goodenough 等研究人員也在給松下公司提供幫助。

電池有一個正極，通常是石墨，以及一個負極，由鋰，鈷和氧組成的合成物。在電動汽車的電池組中，負極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，但卻帶來了更高的處理成本而且更容易在飛機上引起火災——例如三星 Note 7 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，這意味著它小而緻密，並且容易形成層狀。

圖丨未加工的鈷銅礦石

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。不同於層狀結構，這些元素會形成一種「岩鹽」（rocksalt）結構。含有岩鹽的負極已經在某些裝置中被使用，但目前岩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方案。「因為鈷的價格昂貴，所以公司盡量不去在電池製造中使用它」，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，攜帶型電子設備使用了市場上的大部分鈷，而未來電動汽車電池組對於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過程中的副產品，但它也以自身的形式存在於地殼中，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鏈進行了調查，揭露了僱傭童工和缺乏必要開採設備的情況。

圖丨剛果的一名礦工正在工作

誠然，也有其它的方式來避免危險開採的情況：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，來自麻省理工學院的能源研究專家 Elsa Olivetti 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增長，以滿足未來幾年的需求，特別是隨著電動汽車的興起。儘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。但人們已經開始逐漸減少對於鈷元素的使用」，用磷和鐵等穩定的、能量密集的金屬製造來製造電池負極。

除了分層狀和岩鹽結構的電池之外，研究人員正在研發固態電池。這類電池可能需要更多的鋰，但不一定是鈷，並且比現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 Cobalt Initiative 計劃，承諾改善在鈷的生產過程中產生的環境污染和惡劣社會影響。最近，蘋果公司已經開始直接從礦工處購買鈷元素，以確保鈷供應商的生產安全條件達到行業要求水平。

96 歲高齡的 Goodenough 依然考慮著鈷的應用。儘管他已經開發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台。儘管生產成本高昂，他早年設計的鋰電池依然有著非常不錯的應用潛力。

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