编译/马晓蕾
编辑/温莎
设计/师瑜超
来源/Bloomberg作者:DrakeBennett
为防止气候变暖,“能源转型”成为了一个新的热门词。
人们在取代化石燃料的尝试中取得了巨大的技术进步。最大的进步就体现在电池方面。在过去的十年里,能量密度的提高和制造成本的降低,使电动汽车电池的价格几乎下降到了原来的十分之一。
彭博新能源财经的分析师预测,在三年内,电池成本将降至每千瓦时美元以下,在这个价格上,电动汽车变得和汽油动力汽车一样便宜,并且继续下降。
这些进展也使来自太阳能电池和风电场的间歇性能源储存应用在了电网规模的电池中,使可再生能源仅在价格上就能碾压煤炭和天然气发电厂。
因为电池是一种像微芯片一样的技术,而不是像石油那样的大宗商品,因此电池容量和成本的变化曲线将更接近电池稳定指数的增长。
但是,电池也依赖于某些元素的特定品质来工作。今天市场上性能最高的锂离子电池需要钴,而钴的获取存在很多障碍。
大多数已知的储量都位于刚果,一个政局不稳、战乱频繁的国家。那里的采矿工作十分危险,并且大量地雇佣了童工。近年来,这种金属的价格一直在剧烈波动。
未来能源需要更清洁的电池,为了应对气候变化和为未来的汽车提供动力,我们必须解决钴的问题。
即使电动汽车行业保持今天的规模(道路上有略多于万辆电动汽车),电池制造商也有必要寻找替代品。解决气候问题需要解决电池问题,而解决电池问题需要解决钴问题。
在为解决这个问题而兴起的公司中,一些公司正专注于从废电池中回收钴。其他公司正在重新考虑矿石加工,使衰败的采矿业变得有利可图。
有几家公司正尝试在海底开采。这些方法都是为了寻找更多的金属,人工智能勘探公司酷波德金属(KoBoldMetals)就在这样做。
也有公司想办法减少这些金属的使用,其中曼提拉姆实验室正在试验无钴电池。
这两种思路是互补的,取决于对未来的不同概念和问题的判断。
北极圈里寻钴
8月下旬,在北极圈内加拿大魁北克省的最北端,一位名叫戴夫·弗里德曼(DaveFreedman)的酷波德公司的地质学家站在烈风中一望无际的苔原上。
他用大锤敲打着从土壤中突出的岩石。在成为岩石之前,它还是地球地幔中的岩浆,是18.5亿年前两个构造板块分离时涌出的几十米宽的熔岩舌的一部分。
岩浆融化了所流经的地壳层,随着上升而冷却,最终遇到阻力汇集在一起。然后随着最后的热量流走,凝固成一个火成岩的架子,地质学家称之为橄榄岩。
在漫长的岁月里,它被构造碰撞抬起,倾斜、折叠和破碎。冰川将其磨平。
弗里德曼▼
在两次响亮的敲击之后,一块蛋黄酥大小的突出物裂开了,露出粗晶粒和海藻绿色的橄榄石晶体,这些都是找到钴的好征兆。
显然,岩浆在这里冷却得很慢,让它有时间与邻近的岩石发生反应,并将它从地幔中带出的金属消化掉。
在露出部分的中间闪耀着一个铜色的MM巧克力豆大小的点,这个点说明,在附近的某个地方,在酷波德公司平方英里(平方公里)的勘探区块范围内,可能会有一个比较大的矿床,富含可提取的镍、铜,以及最宝贵的钴。
酷波德公司创立的出发点是:它能在别人找不到的地方找到这样的高品位矿石,而且一旦找到,该公司将满足全球爆炸性的需求。
玻璃罐中去钴
在魁北克的酷波德矿区以南英里(公里)处,另一种思路正在一个玻璃罐中酝酿,这个玻璃罐的尺寸与办公室的饮水机差不多,装在一个金属框架中,身上插着细细的塑料管。
曼提拉姆▼
得克萨斯大学奥斯汀分校的研究生们在一位名叫阿鲁穆加姆·曼提拉姆(ArumugamManthiram)的材料化学家的领导下,将各种溶解的金属硫酸盐流入罐内的溶液中,使它们结合成具有特定微观结构的固体。经过进一步处理,所产生的材料可用于生产电芯。
但这种电芯与目前在特斯拉和苹果手机中使用的电芯不同,它根本不需要钴。
年代末,曼提拉姆在印度马德拉斯理工学院获得化学博士学位,他专攻金属氧化物,这类材料的分子结构在广泛的实际应用中很有用。
大约在那个时候,一位名叫约翰·古德诺(JohnGoodenough)的年轻美国物理学家开始意识到金属氧化物可能对蓄电池有用。
古德诺碰巧是曼西拉姆博士论文的主考官之一,几年后,他受聘于牛津大学的实验室担任博士后研究员。当得克萨斯大学聘请古德诺离开英国时,曼西拉姆也跟他走了。
年,一位名叫M.斯坦利·惠廷汉姆(M.StanleyWhittingham)的英国化学家,当时在埃克森研究和工程公司,为一种使用锂作为活性移动离子的蓄电池申请了专利。
古德诺和曼西拉姆等人发现,几乎只有钴与氧结合时形成的坚固的层状晶格能够有效地作为阴极材料。虽然层状氧化镍也能产生类似的效果,但它更难处理,而且会更快降解。
钴基阴极还有一个优势。由于该元素的热稳定性较强,它们自燃的概率比较低。
索尼公司采用了古德诺的氧化钴设计,并在年发布了一台摄像机,这是众多消费电子设备中第一个使用该设计的设备。
年,惠廷汉姆、古德诺和索尼的吉野明(AkiraYoshino)因在电池领域做出了巨大的贡献,三人共同获得了诺贝尔化学奖。97岁的古德诺要求曼西拉姆为他做诺贝尔演讲。
曼提拉姆则从年代初开始担心钴的问题,当时他在得克萨斯大学接管了自己的实验室。该实验室现在被认为是世界上锂离子电池研究的领导者之一。
实验室成员还包括加拿大达尔豪斯大学的物理学家杰夫·达恩(JeffDahn)和首尔汉阳大学的化学工程师孙阳国(Yang-KookSun)。
不同的电动汽车使用不同的电池化学成分,但总的来说,随着每一种新设计的出现,电池中的钴含量都在下降。
“不太