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钴的漂流记

作者:中国储能网新闻中心 来源:汽车头条 发布时间:2020-02-25 浏览:
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镜头扫过一片焦黄的土地,一群孩子正在泥土里忙活。

这并不是孩童们玩泥巴的的游戏,而是一份关系着一家人生存口粮手工采钴的工作。他们只有开采到更多的钴,才能换来一天的吃食,并且承担着体内钴金属超标以至危害健康的风险。

这是此时此刻正在刚果金发生的实况写照。即便因开采钴而导致的雇佣童工、环境污染等问题受到国际的广泛质疑批评,但以矿业开采为经济支柱的刚果金也不得不沿用这一方法,如果停止使用人工,甚至还会遭到抗议。

这些被开采出来的钴,首先会被送往工厂精炼,接受由电池生产商制成电池,最后被运到汽车汽车工厂进行组装,最终为运行在公路上的电动车产品提供充足的动力。

这套围绕着钴而形成的完整产业链条,如今牵动着千万人的利益。它不仅是刚果金人赖以生存的“原材料”,更是与之相关的资本市场风向标,更可能是决定着未来新能源产业走向的关键元素。

除了电池产业外,钴还在制取合金、颜料、医疗、航空航天等多个领域发挥着关键作用。要知道,这个目前被广泛应用的稀有金属,有着一段不为人知的魔幻故事。

地下“妖魔”

钴在人类生活中的应用,要追溯到现代科学对此进行深入研究的一千多年前。

中国古代对钴的应用,最早可以见于唐三彩器中。彼时,钴蓝作为着色颜料十分名贵,只见于少量唐三彩之中,此类着钴蓝的唐三彩也被后世推崇备至,有“三彩挂蓝,价值连城”的美誉。

随着中国古代历代瓷器艺术的精进,钴在瓷器中的应用也越来越娴熟,出现了被命名为“祭蓝釉”的高温蓝釉品种。如今成为中国元素象征的青花瓷,也正是因为钴元素的应用,而得以呈现出别样的纹路图案。

在钴元素在古代中国被广泛应用于瓷器烧制中的同一时期,古罗马和古希腊人曾用辉钴矿来制作深蓝色的玻璃。在当时的技术条件下,这种靓丽的深蓝色是无法用辉钴矿之外的东西来代替制作的。

钴元素,就这样以偶然的方式被广泛应用在中西方古代社会的生活中。直至一千多年后,现代科学的萌芽成熟,才让人类真正掌握了钴的奥秘。

钴最早被作为科学研究的对象是在16世纪的欧洲。16世纪是地理大发现、殖民主义发展的一个世纪,同时也是科技走向初步发展,以及文艺进步和教会权威逐渐衰弱的世纪。也正是在这样的时代环境下,钴元素终于剥离了偏见与误解,成为现代科学迈进的重要见证。

▲辉钴矿

在钴进入科学家的视野之前,一个有趣的“误会”推进了科学家对钴的研究。据传,1733年夏天,德国萨克森州的某矿床开采中心,矿工们围在矿井口,迟迟不愿下井。

困扰他们的正式矿井下一种幽蓝发亮的石头。据说,这种石头里住着妖魔,一旦与之接触便会染上疾病。因此,这些矿工迟迟不肯下井采矿。无奈之下,矿主只好暂停生产,并找了几块矿石寄给当时德国矿物学家兼医生阿格里科拉。

这个含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS也第一次被记载在文献当中,被称为kobalt,德文愿意为妖魔。

之所以获得如此称谓,除了盛传的“妖魔说”之外,还在于阿格里科拉也无法破解钴的奥秘。20年后,瑞典化学家格·布朗特再次开始了对这种钴矿的研究。

▲阿格里科拉像

他发现,把矿石加热到500℃时,矿石中分离出一种具有光泽的灰色物质。这种物质常温下不与水反应,在潮湿的空气也不会氧化。它很硬但很脆,加热到约1200℃时,原有的磁性奇迹般消失了。

在当时的科学认知之下,任何金属遇水都会氧化,因而格·布朗特认为这种灰色物质极有可能是一种新的化学元素。

他将“Kobald”转化为“Cobalt”,意为“坏精灵”,元素符号为“Co”。又经过一代科学家的探索,终于得到了纯钴,并确定了钴是一种金属元素的事实。

至此,也终于化解了47年前矿工们的恐惧。钴被确定为对人体没有显著伤害,而是含钴30%左右的辉钴矿加热后生成的硫或砷的化合物都有剧毒。

若干年后,接着西学东渐之风,西方科学开始逐渐渗透到中国,西方对钴的研究也借此传到中国。清朝末年的科学家将“Co”译为“钴”,沿用至今。

现代工业的飞速发展,让钴的“才能”得到了最大限度的发挥。除了继续在颜料上的应用外,钴的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。

此外,钴还被广泛应用于电池行业。1980年,电池之父首次将钴应用在了电池领域,该电池被称之为钴酸锂电池。该电池有效解决此前电池的安全问题,被广泛应用在手机、电脑、充电宝甚至电动汽车上。

自智能手机之后,新能源汽车在全球范围内的崛起,掀起了钴的全球争夺战。电动车对于含钴电池日益增长的需求与不断消耗的少有存量,碰撞出不少有关于钴的精彩故事。

“去钴”运动

在故事开讲之前,有两个必须要交代的背景。其一,钴虽然被在各个领域被广泛应用,但却是存量极少的稀有金属。

一亿年前一颗含钴的小行星撞击地球,在非洲地表上砸出一个盆地,形成了现在的刚果盆地。这颗行星的到来,让一亿年后的刚果金成为全球钴资源的争夺火力点。

目前全球钴的总含量约700万吨,其中二分之一的钴都存在于刚果金境内。几乎可以如此论断:谁掌握了刚果金钴矿的开采权,谁便扼住了当前电池技术的咽喉。

另外一个背景是,在世界范围内节能减排共识的达成,让电动化浪潮成为汽车行业的新风潮。而电动汽车的核心又聚焦在电池之上,钴则是动力电池的重要成分,且价格极为昂贵,约占整个动力电池成本的10%。

基于钴矿的奇缺与价格的昂贵,再加上钴在刚果金开采的过程中往往会侵犯人权,目前动力电池领域“去钴化”成为行业研发的方向。

2020年开年不久,特斯拉便宣布将采用宁德时代的“无钴”电池。这是特斯拉多年来“蓄谋已久”的一次合作。马斯克早就宣称,他们将在下一代电池中完全抛弃钴,改变“带血的电池”这一名声。

如今,供应特斯拉Model 3的电池钴含量已经下降至不到3%;松下也宣布了将研发无钴车用级电池,并将三元锂电池正极材料中的钴含量减少到10%;IBM甚至提出,它已经提出了一种新的电池技术,该技术使用从海水中提取的材料并且不需要钴。

中国电池厂商比亚迪也宣布了将三元电池镍钴锰的比例调整至8:1:1,宝马有望在2021年采用该配方比例的电池。此前 ,主流三元电池镍钴锰的配比是5:2:3,而后逐渐提高镍的比例、减少钴的用量,比例达到6:2:2或8:1:1。

有预计显示,未来低钴电池将占据电动汽车电池总量的7%,到2030年这一比例将增长至57%。

即便在各大车企和电池厂商、科技公司的围剿之下,去钴化运动依然进展缓慢,原因在哪里?

在于目前技术之下,钴在动力电池中的不可替代性。一个有意思的现象是,松下虽然喊出了去钴化的口号,但却订购了3倍于此前钴的用量。这从侧面体现了钴的不可替代性,有人甚至将其称之为“新时代的石油”。

钴是动力电池的稳定元素,钴减少后,电池的生命周期也会缩短,安全性也随之降低。这是目前811电池虽然有高续航而被诟病安全性差的原因所在。

那么问题来了,宁德时代提供给特斯拉的“无钴”电池,是如何做到的呢?真相只有一个,宁德时代提供给特斯拉的“无钴”电池,并非三元锂电池系列,而是其主要的竞争对手磷酸铁锂电池。

那么,新型的无钴电池究竟什么时候到来呢?从工程的角度来看,解决无钴化电池的安全问题和生命周期问题是非常具有挑战性的。基准矿物情报公司分析师罗尔斯称,当前的NCA(镍、钴、铝)技术还将在未来10年内主导产业。

从技术角度讲,在镍钴锰的比例为8:1:1时,电池300瓦时/公斤的能量密度已经达到‘天花板’,这个‘天花板’可能未来十年都无法突破。杉杉股份有限公司副总裁孙晓东曾表示。

目前动力电池行业还对钴保持着巨大的需求。根据SMM全球钴供需平衡表,2019年全球钴供应16.34万吨,2020年受估计低迷影响,供应约为16.33万吨,需求15.51万吨,供过于求0.82万吨。

因此,这波再度掀起于2020年年初的“去钴化”浪潮,在没有实质性技术革新的情况下,或许只是一次喊出技术趋势的口号,更像是主导轻钴而重磷酸铁锂的一次资本化运作。

目前来看,钴的价值不可被低估,而这一优势能保持多久,尚无法做出论断。在历史长河中被人类运用了2000年的钴,未来又将如何漂泊?

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