無(wú)鈷電池能否成為新能源霸主？

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“出不了遠(yuǎn)門”。生活中，電動(dòng)汽車的續(xù)航問(wèn)題時(shí)常困擾用戶。其實(shí)，科學(xué)家一直致力于提升電池“電力”，從鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，再到鋰離子電池，通過(guò)理論突破、材料創(chuàng)新，電池的能量密度一直不斷提高。

鋰離子電池是一個(gè)電化學(xué)神童，無(wú)論是電話和筆記本電腦這樣的普通小工具，還是火星上的探測(cè)器等極端應(yīng)用，我們都可以使用它。鋰離子電池對(duì)現(xiàn)代生活非常重要，在此過(guò)程中，電池行業(yè)發(fā)展對(duì)鈷越來(lái)越依賴，但隨著供應(yīng)量的增加，出于成本和環(huán)保的需求，無(wú)鈷電池的呼聲越來(lái)越高。

比如新能源汽車巨頭特斯拉，其合作的是松下NCA（鎳鈷鋁）模式的三元鋰電池，特斯拉前不久合作的LG化學(xué)，其主營(yíng)業(yè)務(wù)也是三元鋰電池，并主推NCM811高鎳三元鋰電池技術(shù)路線。特斯拉創(chuàng)始人馬斯克一直致力于減少鈷的用量，高鎳電池的鈷元素用量為3%左右，他希望下一代車型中，在原料清單中將鈷元素徹底除掉。

為何要去除鈷元素

鈷是一種稀有、有毒和有光澤的礦物質(zhì)，存在于當(dāng)今幾乎所有使用的鋰離子電池的帶負(fù)電的電極（或陰極）中。它昂貴、沉重，瘋狂的價(jià)格波動(dòng)與脆弱的全球供應(yīng)鏈相關(guān)。這種材料在穩(wěn)定電池和提高其能量密度方面起著至關(guān)重要的作用。盡管存在實(shí)驗(yàn)性的無(wú)鈷電池，但直到現(xiàn)在，它們都存在主要的性能問(wèn)題，例如壽命有限和充電速度較慢。

這些粉末樣品將被制成無(wú)鈷陰極

鈷可占鋰離子陰極材料的五分之一，通常具有以下兩種原料之一：NMC（鎳錳鈷氧化物）或NCA（鎳鈷鋁氧化物），這些電池中的鈷具有穩(wěn)定作用，并防止可能導(dǎo)致電池著火的陰極腐蝕。它也可以提高電池的充電率，但是原材料非常昂貴并且很難獲得。

它還有一些社會(huì)問(wèn)題，世界上近三分之二的鈷是在剛果民主共和國(guó)開采的，是大規(guī)模鎳和銅開采的副產(chǎn)品，這些獨(dú)立礦工在沒(méi)有任何監(jiān)督的情況下運(yùn)作，導(dǎo)致了一些安全性問(wèn)題。

7月份，得克薩斯大學(xué)（University of Texas）的三位研究人員組成的小組報(bào)告了使用完全消除鈷的新型陰極化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果，他們?cè)谝粋€(gè)小型的實(shí)驗(yàn)性鋰離子袋式電池中使用了富含鎳的陰極，其大小約為一副紙牌。盡管該電池的能量密度比典型的鈷電池略低，但它能夠以更高的電壓和相似的充電速率工作。即使經(jīng)過(guò)1000次完整的充放電循環(huán)（這是商用電池的典型壽命），實(shí)驗(yàn)電池的性能仍可與具有鈷陰極的電池媲美。

研究人員開發(fā)出的陰極通過(guò)增加鎳含量來(lái)減少鈷，他們的電池結(jié)合了NMC和NCA陰極的成分，創(chuàng)建了無(wú)鈷NMA（鎳錳鋁氧化物）陰極。盡管該團(tuán)隊(duì)并不是第一個(gè)開發(fā)無(wú)鈷或高鎳陰極的團(tuán)隊(duì)，但研究人員說(shuō)，這是第一個(gè)沒(méi)有主要性能缺陷（如電池壽命短和能量密度低）的團(tuán)隊(duì)。

無(wú)鈷電池的商業(yè)化之路

世界銀行最近的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，在未來(lái)的幾十年中，鈷的產(chǎn)量將增加500%，才能滿足對(duì)鋰離子電池不斷增長(zhǎng)的需求，單靠剛果民主共和國(guó)將無(wú)法獨(dú)自滿足這一需求。全球范圍內(nèi)有多家鈷礦勘探企業(yè)正在進(jìn)行中，深海采礦仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題，即便是在海底發(fā)現(xiàn)了最大的鈷礦床，無(wú)鈷陰極依然比鋰離子電池更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，更環(huán)保，值得推廣。

密歇根大學(xué)電池實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)主管格雷格·萊瑟表示，還需要做更多的測(cè)試來(lái)解決其他類似的陰極化學(xué)所遇到的問(wèn)題，例如錳在高溫下熔解的趨勢(shì)，但是電池的初始測(cè)試結(jié)果令人鼓舞。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，曼西拉姆和他的團(tuán)隊(duì)使用了專門的技術(shù)在納米級(jí)上混合成分，這涉及將包含鎳、錳和鋁離子的溶液泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中將其與另一種與金屬離子結(jié)合的溶液混合。結(jié)果是金屬氫氧化物的精細(xì)混合粉末，將其與氫氧化鋰一起烘焙以產(chǎn)生用于陰極的材料。在整個(gè)過(guò)程中，必須精確控制泵速和溫度，以確保所得陰極材料具有正確的結(jié)構(gòu)和組成。

將這些元素混合在一起后，再將陰極放入帶有常規(guī)石墨陽(yáng)極的實(shí)驗(yàn)性鋰離子袋式電池中。在測(cè)試過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)其性能與市售的帶有鈷陰極的鋰離子電池，在不同的充電速率和數(shù)百次充電循環(huán)中的性能相匹配。不過(guò)無(wú)鈷陰極的能量密度略低，這意味著它可以存儲(chǔ)的鋰離子更少，但研究人員認(rèn)為，可以通過(guò)進(jìn)一步改善其化學(xué)性質(zhì)來(lái)彌補(bǔ)這一差距。

將無(wú)鈷陰極技術(shù)商業(yè)化，與現(xiàn)有電池制造工藝集成，例如消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能，在幾年內(nèi)投放市場(chǎng)，是這些研究實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)，一家名為Sparkz的初創(chuàng)公司最近獲得了能源部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的無(wú)鈷陰極技術(shù)的商業(yè)許可。

代表生產(chǎn)商的非營(yíng)利性貿(mào)易組織鈷學(xué)會(huì)的前任主席兼現(xiàn)任顧問(wèn)戴維·懷特表示，鋰離子電池帶來(lái)了穩(wěn)定性和性能優(yōu)勢(shì)，制造它們的公司花費(fèi)了數(shù)年和數(shù)十億美元來(lái)完善其陰極化學(xué)性能，這意味著任何新玩家都必須克服很多行業(yè)慣性。懷特說(shuō)：“在不需要鈷的化學(xué)系統(tǒng)成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)之前，我們?cè)谖磥?lái)還有很長(zhǎng)的路要走?！?h3>與蘋果較勁需要耐心

更深刻的沖突是控制：誰(shuí)負(fù)責(zé)管理虛構(gòu)宇宙中的眾多APP跟游戲？假如《堡壘之夜》中有一天出現(xiàn)了付費(fèi)音樂(lè)服務(wù)——類似 Spotify，蘋果也可以抽成嗎？假如出現(xiàn)惡意的內(nèi)容，蘋果需要負(fù)責(zé)嗎？不只Epic Games想做虛構(gòu)宇宙，所有的游戲串流服務(wù)，如微軟的xCloud 與Google的 Stadia，也都往此目標(biāo)邁進(jìn)。因此也相繼被蘋果攔下，禁止上架。

蘋果的聲明是：我們的顧客享受數(shù)百萬(wàn)開發(fā)者所提供的優(yōu)良APP 與游戲，而游戲當(dāng)然可以存在 APP Store里，只要它們遵從所有開發(fā)者都適用的規(guī)范，包括單獨(dú)提供游戲以供審查，以及出現(xiàn)在游戲搜索與排行榜上。xCloud（與 Stadia）中有許多游戲，不愿意一一送交蘋果審查，蘋果為了管控安全就禁止上架。

但《堡壘之夜》、xCloud 與 Stadia 仰賴云，配置相對(duì)不重要。游戲的樂(lè)趣也更多來(lái)自玩家之間（跨配置）的互動(dòng)，而不是配置的效能。從 Epic 的角度看，配置只是游戲的入口，不是游戲的基礎(chǔ)。既然要搶主導(dǎo)權(quán)，Epic 現(xiàn)在較勁比較好，過(guò)去 Epic 也曾經(jīng)說(shuō)服索尼開放《堡壘之夜》跨平臺(tái)。趁現(xiàn)在手機(jī)用戶僅占Epic不到20%的營(yíng)收，講話還可以大聲點(diǎn)。

但蘋果也不打算退讓，因?yàn)槭謾C(jī)是蘋果的生計(jì)來(lái)源，而垂直整合是喬布斯生前的核心思維。過(guò)去蘋果曾面對(duì)相似處境，比如率先停止支援 Flash，引發(fā) Adobe 的不滿，而當(dāng)時(shí)Flash 也是一個(gè)跨平臺(tái)的軟件環(huán)境。蘋果不會(huì)讓出平臺(tái)的位置，也不會(huì)讓第三方站在蘋果與開發(fā)者之間，可以預(yù)測(cè)未來(lái)蘋果會(huì)自主開發(fā)虛構(gòu)宇宙或串流游戲平臺(tái)，進(jìn)一步垂直整合。Epic 面對(duì)這樣一個(gè)強(qiáng)大敵人，要有足夠的耐心和實(shí)力。