ما هو السبب وراء حرص صناعة بطاريات الليثيوم على إزالة عناصر الكوبالت؟

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - ተንቀሳቃሽ የኃይል ጣቢያ አቅራቢ

يشكل الكوبالت خمس مادة كاثود أيون الليثيوم، وعادة ما يكون هناك نوعان: NMC (أكسيد النيكل والمنجنيز والكوبالت) أو NCA (أكسيد النيكل والكوبالت والألومنيوم). يتميز الكوبالت الموجود في هذه البطاريات بثبات الاستخدام، ومن الممكن منع تآكل الكاثود في البطارية. كما يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة معدل شحن البطارية، ولكن هذه المادة الخام باهظة الثمن، ومن الصعب الحصول عليها.

بالإضافة إلى ذلك، هناك بعض المشاكل الاجتماعية في الكوبالت. يتم استخراج ما يقرب من ثلثي الكوبالت في العالم في جمهورية الكونغو الديمقراطية (الكونغو (جين))، كمنتج ثانوي لمناجم النيكل والنحاس على نطاق واسع. لكن الكونغو (جين) لديها أيضًا فريق كبير يتألف من عدد كبير من عمال التعدين المستقلين أو اليدويين، ويتم تشغيلهم بشكل فعال دون أي إشراف أمني.

ويؤدي هذا إلى ظاهرة انتهاك حقوق الإنسان على نطاق واسع في منجم الكوبالت في الكونغو، بما في ذلك استخدام عمالة الأطفال. لقد قام مانتيرام والكاثود الذي طوره زملاؤه بتبخير الكوبالت عن طريق إضافة محتوى من النيكل؛ وحسب الوزن، يشكل النيكل 89% من وزن المعدن في الكاثود. تجمع بطاريتهم بين مكونات كاثودات NMC وNCA، وبالتالي خلقت كاثود NMA (أكسيد النيكل والمنجنيز والألومنيوم) بدون الكوبالت.

وقال مانتيرام، على الرغم من أن الفريق ليس الفريق الأول الذي يطور كاثودًا من الكوبالت أو النيكل العالي، إلا أنه أول فريق لا يمتلك عمر بطارية قصيرًا وكثافة طاقة منخفضة. وقال المدير الفني لمختبر البطاريات بجامعة ميشيغان، جريجليس، إن مواد الكاثود الخاصة بشركة مانثيرام "تظهر واجهة ضخمة". ويعتقد أن بطارية الكوبالت تقوم أيضًا بمزيد من الكشف للتعامل مع مواد كيميائية كاثودية أخرى مماثلة، على سبيل المثال، اتجاهات ذوبان المنغنيز في درجات الحرارة العالية، ولكن الكشف الأولي عن البطارية مشجع.

"إن هذا يعد بديلاً خاليًا من الكوبالت للتنافس مع الأقطاب الكهربائية المحتوية على الكوبالت، وهو أمر مثير للغاية. "أقل) لديه أيضًا أمل كبير في هذه البطارية. سيتم تصنيع عينات المسحوق هذه في كاثوليكية خالية من الكوبالت لتحقيق هذا الهدف، ويستخدم مانثيرام وفريقه تقنيات متخصصة لخلط المواد الخام على نطاق النانو.

ويتضمن ذلك ضخ محلول يحتوي على أيونات النيكل والمنجنيز والألومنيوم إلى داخل المفاعل، وخلطه في المفاعل مع محلول آخر مرتبط بأيونات معدنية. ونتيجة لذلك، يتم تحميص مسحوق ناعم مختلط من هيدروكسيد المعدن مع هيدروكسيد الليثيوم لتشكيل مادة للكاثود. خلال العملية بأكملها، لا يتم التحكم بدقة في معدل الضخ ودرجة الحرارة لضمان أن مادة الكاثود الناتجة لها البنية والمكونات الصحيحة.

وقال مانتيرام: "إن تصميم مكون الكاثود يتطلب معرفة أساسية بالكيمياء. لكننا وجدنا أخيرًا طريقة للتحكم في هذه العملية حتى نتمكن من خلط الخلط على نطاق ذري. "وبعد أن نجح مانديرسرام وفريقه في خلط هذه العناصر، وضعوا الكاثود في بطارية ليثيوم أيون تم اختبارها، بينما استخدم الأنود أقطاب الجرافيت التقليدية.

وخلال عملية الكشف، وجد الباحثون أنه في معدلات شحن مختلفة ومئات دورات الشحن، كان أداء هذه البطاريات مماثلاً لأداء بطاريات الليثيوم أيون المتوفرة تجارياً. على الرغم من أن كثافة الطاقة في كوبيوزيس الكوبالت منخفضة قليلاً، فهذا يعني أنها قادرة على تخزين أيونات الليثيوم أقل، لكن مانتيرام يعتقد أنها قادرة على تعويض هذه الفجوة من خلال تحسين تركيبها الكيميائي بشكل أكبر. من النظرية إلى المنافسة التجارية للبطاريات الخالية من الكوبي المتوفرة تجارياً، كان الأمر في كامل قوته، وهو يركز على إخراج البطارية من المختبر وإدخالها إلى العالم الفعلي.

قامت شركة Mantiram مؤخرًا بتأسيس شركة TexPower لتحقيق التسويق التجاري لكاثودات البطاريات. وقال إنه من الاتجاه الحالي، ينبغي أن يكون من السهل دمجه مع عملية تصنيع البطاريات الحالية. يمكن استخدام قطب الكوبالت هذا في سلسلة من البطاريات مثل المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية والمركبات الكهربائية وشبكات الطاقة.

ويأمل مانتيرام أن يتمكن قشر الدماغ الذي ابتكره من طرحه في السوق خلال بضع سنوات. ومع ذلك، فهو ليس المستكشف الوحيد في هذه الفئة. حصلت شركة ناشئة تدعى Sparkz مؤخرًا على ترخيص رموز Cobocar من مختبر Oak Ridge الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية لتسويق التكنولوجيا.

وتتنافس أيضًا الشركات القديمة مثل باناسونيك على تقليل محتوى الكوبالت في البطارية. كان إيلون ماسك يأمل في استخدام بطاريات cobitable في Tesla في Tesla، ومن المتوقع أن يعلن العديد من خبراء الصناعة عن نشاط Batteryday في Tesla الشهر المقبل في أيونات الليثيوم منخفضة الكوبالت. كسر البطارية.

ولكن، هل سيتم استبدال البطارية المحتوية على الكوبالت قريبًا؟ مع ذلك، قد يكون لدى الكوبالت أيضًا بعض الوقت لتمثيل الرئيس السابق لمعهد الكوبالت (Cobaltinstitute)، والمستشار الحالي ديفيد ويت. بالإضافة إلى مزايا الاستقرار والأداء لهذا المعدن مقارنة ببطاريات أيونات الليثيوم، فإن الشركات التي تصنع بطاريات أيونات الليثيوم تنفق بضع سنوات ومليارات الدولارات لتحسين الكوبالت. وهذا يعني أن أي مشاركين جدد لا يستطيعون التغلب على جمود العديد من الصناعات.

وقال الوزن: "قبل أن نتمكن من أن نصبح ممارسة تجارية، لدينا طريق طويل للتطلع إلى المستقبل. إن اللجوء إلى تكنولوجيا جديدة لن يكون أمرا سهلا. في المستقبل المنظور، سوف يظل الكوبالت موجودًا في البطارية لفترة طويلة.

وتوقع تقرير حديث صادر عن "البنك الدولي"، أن إنتاج الكوبالت خلال العقود القليلة الماضية لن يتجاوز 500%، وذلك لتلبية الطلب المتزايد على بطاريات الليثيوم أيون. وقال وايت إن جمهورية الكونغو الديمقراطية وحدها لا تستطيع تلبية هذه الحاجة، وهناك العديد من شركات استكشاف الكوبالت في العالم لاستكشافها لضمان المزيد من التعدين المفتوح. حتى الآن، تم العثور على أكبر طبقة من خام الكوبالت في البحر، على الرغم من أن التعدين في أعماق البحار لا يزال قضية مثيرة للجدل.

ولكن حتى لو ثبت أن العرض لا يشكل مشكلة، فإن الكوبالت لا يزال بإمكانه جعل بطاريات أيون الليثيوم أرخص من أي وقت مضى، وأكثر سمية، وأكثر انتهاكا للمعايير الأخلاقية.