降低貴金屬含量成未來電池趨勢,無鈷電池研究持續

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 24 日 14:30 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


隨著電池需求攀升,也帶動採礦需求,除了影響自然生態與水源,勞工權益也是備受矚目的議題,面對隨需求之而來的自然環境與勞工、人權爭議,科學家與廠商也正努力尋找更新的替代方案,好比研發沒有昂貴金屬鈷的鋰離子電池。

鋰離子電池的陰極由鋰、鎳、鈷貴重金屬組成,其中鈷在電池效能扮演要角,更是占材料成本的一半,只是如今鈷以陷入人權爭議許久。

全球有 59% 的鈷來自非洲剛果民主共和國,長年涉及血汗工廠和童工問題,也可以說是電池界的「血鑽」。去年底美國非營利人權機構國際權利倡導者(International Rights Advocates)便代表剛果 14 家庭於華盛頓特區聯邦地區法院提告,控告特斯拉、蘋果、Google 母公司 Alphabet、微軟、戴爾五家公司,認為這些科技大廠有能力且有義務要改善供應鏈環境。

為此科學家與廠商也做出些許改善與努力,像是 IBM 正在研發沒有鈷、其他重金屬,且用海水來提取原料的電池。為提高鈷供應鏈透明度,也有廠商採用採礦產倡議組織(Responsible Minerals Initiative,RMI)認證、與地方採礦合作社合作、用區塊鏈技術管理訂單、採購,而像通用汽車、特斯拉也打算降低電池的鈷含量,特斯拉更打算在中國銷售採用無鈷電池「磷酸鋰鐵 (LFP) 電池」Model 3 電動車等等。

美國橡樹嶺國家實驗室則正在研究一種名為 NFA 的新型陰極(正極),NFA 代表鎳、鐵和鋁,也是「鎳酸鋰」材料的衍生物。其實它已經被關注許久,只是過去研究尚未找出最佳配方,研究負責人 Ilias Belharouak 指出,過去主要是將目光放在「鎳酸鋰」材料,但它的結構與電化學不穩定是一大考驗,對此團隊用鐵、鋁取代一部分的鎳,用來增強電極的穩定性。

團隊認為,鐵和鋁是相對具有成本效益、永續發展和環保的材料。研究也符合期待,容量高,且在 100 次循環後還能保留 88% 容量,NFA 陰極製作的袋式電池(pouch cell,軟包電池)效能也不差,只是穩定性還有待提高,充放電循環 200 次後維持 72% 容量。

雖然這還只是初步研究,還不知道要花多久的時間才能真正應用到市場,但降低稀有材料用量的設計與研究新進展,對於無鈷電池來說無疑是好消息,團隊指出,這款設計整合容易,未來全球的陰極製造工廠都能採用。

Belharouak 認為,NFA 陰極充放電效能研究指出,無論陰極有沒有含鈷,都有相似的電化學反應,並提供足夠比容量,滿足電池能量密度的要求。

(首圖來源:橡樹嶺國家實驗室