鈷占鋰離子陰極材料的五分之一，通常有兩種類(lèi)型: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)定用途，可以戒備可能導(dǎo)致電池起火的陰極腐蝕。它還可以提高電池的充電速率，但是這種原材料相當(dāng)昂貴，而且很難獲得。另外，鈷還也有一些社會(huì)問(wèn)題。世界上近三分之二的鈷是在剛果民主共和國(guó)（剛果（金））開(kāi)采的，作為大規(guī)模鎳和銅礦開(kāi)采的二級(jí)產(chǎn)品。但剛果（金）也有一支由大量的獨(dú)立或手工采礦者所組成的龐大隊(duì)伍，他們?cè)跊](méi)有任何安全監(jiān)督的情況下有效地運(yùn)作。這導(dǎo)致剛果鈷礦存在大量人權(quán)的現(xiàn)象，包括使用童工。

曼瑟拉姆（Manthiram）和他的同事們開(kāi)發(fā)的陰極通過(guò)新增鎳含量來(lái)避開(kāi)鈷；按重量計(jì)算，鎳占陰極中金屬重量的89%。他們的電池結(jié)合了NMC和NCA陰極的成分，從而創(chuàng)造了一種不含鈷的NMA（鎳錳鋁氧化物）陰極。曼瑟拉姆（Manthiram）表示，雖然該團(tuán)隊(duì)不是第一個(gè)開(kāi)發(fā)無(wú)鈷或高鎳陰極的團(tuán)隊(duì)，但這是第一個(gè)沒(méi)有存在電池壽命短、能量密度低等緊要性能缺陷的團(tuán)隊(duì)。

密歇根大學(xué)電池試驗(yàn)室的技術(shù)總監(jiān)格雷格雷斯（GregLess）表示，曼瑟拉姆（Manthiram）的陰極材料"顯示出巨大的前景"。他認(rèn)為，該無(wú)鈷電池還要做更多的探測(cè)，以處理其他類(lèi)似陰極化學(xué)材料所出現(xiàn)的問(wèn)題例如，錳在高溫下的溶解傾向，但電池的初步探測(cè)結(jié)果令人鼓舞。"一種能夠與含鈷電極競(jìng)爭(zhēng)的無(wú)鈷替代品，這是非常令人興奮的事情。"雷斯（Less）也對(duì)此電池寄予厚望。

這些粉末樣品將被制造成無(wú)鈷陰極

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，曼瑟拉姆（Manthiram）和他的團(tuán)隊(duì)使用專(zhuān)門(mén)的技術(shù)在納米尺度上混合原料。這包括將含有鎳、錳和鋁離子的溶液泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中它們與另一種與金屬離子結(jié)合的溶液混合。其結(jié)果是一種金屬氫氧化物的精細(xì)混合粉末，與氫氧化鋰一起焙燒，形成用于陰極的材料。在整個(gè)過(guò)程中，非得精確控制泵送速率和溫度，以確保生成的陰極材料具有正確的結(jié)構(gòu)和成分。曼瑟拉姆（Manthiram）說(shuō)："設(shè)計(jì)陰極成分要很好的基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)。但是我們最終找到了一種控制這個(gè)過(guò)程的辦法，這樣你就可以進(jìn)行原子尺度的混合。"

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一旦曼瑟拉姆（Manthiram）和他的團(tuán)隊(duì)將這些元素成功地混合在一起，他們就將該陰極放在一個(gè)試驗(yàn)性的鋰離子袋式電池中，而陽(yáng)極則采用傳統(tǒng)的石墨電極。在探測(cè)過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)，在不同的充電速率和數(shù)百次充電周期中，其性能與市售的帶鈷陰極的鋰離子電池相當(dāng)。雖然無(wú)鈷陰極的能量密度略低，這意味著其可以存儲(chǔ)更少的鋰離子，但曼瑟拉姆（Manthiram）認(rèn)為可以通過(guò)進(jìn)一步完善其化學(xué)成分來(lái)彌補(bǔ)這一差距。

從理論走向商業(yè)化無(wú)鈷電池的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，已經(jīng)暗流涌動(dòng)

與此同時(shí)，他正專(zhuān)注于將電池帶出試驗(yàn)室，進(jìn)入實(shí)際世界。最近曼瑟拉姆（Manthiram）成立了TexPower公司，以實(shí)現(xiàn)電池陰極的商業(yè)化，他表示，從目前的趨勢(shì)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)很容易將其與現(xiàn)有的電池制造工藝相結(jié)合。這種無(wú)鈷電極可以用于一系列使用的電池中，如消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)和能源網(wǎng)的存儲(chǔ)。

曼瑟拉姆（Manthiram）希望他的無(wú)鈷陰極能在幾年內(nèi)投放市場(chǎng)。然而，他不是唯一的一個(gè)在該范疇的探索者。一家名為Sparkz的初創(chuàng)公司最近從美國(guó)能源部的橡樹(shù)嶺國(guó)家試驗(yàn)室獲得了無(wú)鈷陰極的授權(quán)，以將該技術(shù)商業(yè)化。像松下(Panasonic)這類(lèi)的老牌公司也正在競(jìng)相減少電池中的鈷含量。埃隆馬斯克(ElonMusk)多年來(lái)一直希望在特斯拉中使用無(wú)鈷電池，許多行業(yè)分解師預(yù)計(jì)，他將在特斯拉下月舉辦的電池日(batteryDay)活動(dòng)上宣布在低鈷鋰離子電池方面取得的沖破。

然而，含鈷電池在短時(shí)間內(nèi)會(huì)被取代嗎？

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不過(guò)，含鈷陰極可能還會(huì)存在一段時(shí)間，代表加工商的非營(yíng)利性貿(mào)易組織鈷研究所(cobaltInstitute)的前主席、現(xiàn)任顧問(wèn)大衛(wèi)韋特(DavidWeight)說(shuō)。除了這種金屬給鋰離子電池帶來(lái)的穩(wěn)定性和性能優(yōu)點(diǎn)外，制造鋰離子電池的公司花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間和數(shù)十億美元來(lái)完善鈷類(lèi)陰極化學(xué)結(jié)構(gòu)。這意味著，任何一個(gè)新的參與者都非得克服許多行業(yè)惰性。韋特（Weight）表示："在不要鈷的化學(xué)系統(tǒng)能夠成為商業(yè)實(shí)際之前，我們非得展望將來(lái)很長(zhǎng)的一段路。轉(zhuǎn)向一種全新的技術(shù)不會(huì)是一蹴而就的。在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，鈷仍將出今朝電池中很長(zhǎng)一段時(shí)間。"

世界銀行(Worldbank)最近的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，在將來(lái)幾十年內(nèi)，鈷產(chǎn)量非得新增500%，才能滿(mǎn)足鋰離子電池日益上升的需求。韋特（Weight）表示，僅憑剛果民主共和國(guó)自身是無(wú)法滿(mǎn)足這一需求，而目前全球范圍內(nèi)有幾家鈷勘探公司正在進(jìn)行勘探，以確保進(jìn)一步張大開(kāi)采量。截止目前，最大的鈷礦床是在海底發(fā)現(xiàn)的，盡管深海開(kāi)采依然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。但即使供應(yīng)被證明不是問(wèn)題，無(wú)鈷陰極仍可使鋰離子電池比以往任何時(shí)候都更便宜、毒性更低、更符合道德規(guī)范。