Как кобальт работает в литий-ионных аккумуляторах?

История открытия и свойства

Кобальт был открыт шведским химиком Георгом Брандтом в 1739 году. Это твердый, блестящий, серебристо-серый металл, который добывают преимущественно как побочный продукт при добыче никеля и меди. Помимо использования в катодных материалах литий-ионных аккумуляторов, кобальт применяется для изготовления мощных магнитов, высокоскоростных режущих инструментов и сплавов с повышенной прочностью для реактивных двигателей и газовых турбин. Соединения кобальта веками использовались в производстве фарфора, стекла, керамики, плитки и эмали, а в питании человека он играет важную роль как составная часть витамина B12.

Кобальт широко применяется в производстве аккумуляторов (особенно литий-ионных), а также в создании сплавов, инструментальных материалов, как катализатор, в пигментах, магнитах, производстве мыла и других отраслях.

Добыча и экономика

Кобальт в основном добывается как побочный продукт производства меди и никеля. Высокая стоимость побуждает производителей аккумуляторов искать альтернативы, но полностью исключить кобальт невозможно.

Поскольку кобальт в основном является побочным продуктом в производстве меди и никеля, ценообразование соответствует спросу на эти первичные металлы. Это может привести к избытку кобальта, как это было в 2015 году. Цены на кобальт были выше в 2010 году, и ожидается, что они вырастут с увеличением спроса на большие литий-ионные аккумуляторы. Даже по сниженным ценам тонна высококачественного кобальта стоит около 28 000 долларов США. Для сравнения, тонна карбоната лития стоит 6 000 долларов США (ориентировочные цены 2015 года). Карбонат лития – это кристаллическая соль, которая также используется в стекольной и керамической промышленности, а также в медицине.

География производства

Согласно данным Британской геологической службы (2014), Демократическая Республика Конго обеспечивает около 50% мировой добычи кобальта. Другими важными поставщиками являются Китай, Канада, Австралия и Россия. Однако в развивающихся странах кобальт часто добывается в опасных условиях труда, где задействованы взрослые и дети с низкой оплатой.

Токсичность и влияние на здоровье

Хотя кобальт является важным элементом для здоровья человека, его избыточное воздействие может быть ядовитым. Он связан с проблемами сердца, ухудшением зрения и развитием онкологических заболеваний. Контакт может происходить через проглатывание, вдыхание загрязненного воздуха или длительный контакт с кожей. Также известны случаи отравления кобальтом вследствие износа кобальто-хромовых имплантатов тазобедренного сустава.

Переработка и повторное использование

Повторное использование кобальта путем переработки литий-ионных аккумуляторов частично эффективно. Процесс требует усовершенствования, чтобы возвращать материал в состояние, пригодное для повторного использования в производстве батарей. Несмотря на это, серьезного дефицита кобальта не ожидается, поскольку мировые запасы значительны.

Роль в литий-ионных аккумуляторах

Кобальт был первым катодным материалом в коммерческих литий-ионных аккумуляторах. Однако его высокая стоимость стимулирует поиск заменителей. Современные исследования ориентированы на смешивание кобальта с никелем, марганцем и алюминием, что позволяет создавать катодные материалы с более высокой эффективностью, лучшими характеристиками и более низкой себестоимостью по сравнению с использованием чистого кобальта.