Як кобальт працює в літій-іонних акумуляторах?

Історія відкриття та властивості

Кобальт був відкритий шведським хіміком Георгом Брандтом у 1739 році. Це твердий, блискучий, сріблясто-сірий метал, який здобувають переважно як побічний продукт під час видобутку нікелю та міді. Окрім використання у катодних матеріалах літій-іонних акумуляторів, кобальт застосовується для виготовлення потужних магнітів, високошвидкісних ріжучих інструментів та сплавів із підвищеною міцністю для реактивних двигунів та газових турбін. Сполуки кобальту століттями використовувалися у виробництві порцеляни, скла, кераміки, плитки та емалі, а в харчуванні людини він відіграє важливу роль як складова вітаміну B12.

Кобальт широко застосовується у виробництві акумуляторів (особливо літій-іонних), а також у створенні сплавів, інструментальних матеріалів, як каталізатор, у пігментах, магнітах, виробництві мила та інших галузях.

Видобуток та економіка

Кобальт здебільшого видобувається як побічний продукт виробництва міді та нікелю. Висока вартість спонукає виробників акумуляторів шукати альтернативи, але повністю виключити кобальт неможливо.

Оскільки кобальт здебільшого є побічним продуктом у виробництві міді та нікелю, ціноутворення відповідає попиту на ці первинні метали. Це може призвести до надлишку кобальту, як це було у 2015 році. Ціни на кобальт були вищими у 2010 році, і очікується, що вони зростуть зі збільшенням попиту на великі літій-іонні акумулятори. Навіть за зниженими цінами тонна високоякісного кобальту коштує близько 28 000 доларів США. Для порівняння, тонна карбонату літію коштує 6 000 доларів США (орієнтовні ціни 2015 року). Карбонат літію – це кристалічна сіль, яка також використовується у скляній та керамічній промисловості, а також у медицині.

Географія виробництва

Згідно з даними Британської геологічної служби (2014), Демократична Республіка Конго забезпечує близько 50% світового видобутку кобальту. Іншими важливими постачальниками є Китай, Канада, Австралія та Росія. Проте у країнах, що розвиваються, кобальт часто добувається у небезпечних умовах праці, де залучені дорослі та діти з низькою оплатою.

Токсичність та вплив на здоров’я

Хоча кобальт є важливим елементом для здоров’я людини, його надмірний вплив може бути отруйним. Він пов'язаний із проблемами серця, погіршенням зору та розвитком онкологічних захворювань. Контакт може відбуватися через проковтування, вдихання забрудненого повітря або тривалий контакт зі шкірою. Також відомі випадки отруєння кобальтом внаслідок зносу кобальтово-хромових імплантатів кульшового суглоба.

Переробка та повторне використання

Повторне використання кобальту шляхом переробки літій-іонних акумуляторів є частково ефективним. Процес потребує вдосконалення, щоб повертати матеріал у стан, придатний для повторного використання у виробництві батарей. Попри це, серйозного дефіциту кобальту не очікується, оскільки світові запаси є значними.

Роль у літій-іонних акумуляторах

Кобальт був першим катодним матеріалом у комерційних літій-іонних акумуляторах. Проте його висока вартість стимулює пошук замінників. Сучасні дослідження орієнтовані на змішування кобальту з нікелем, марганцем та алюмінієм, що дозволяє створювати катодні матеріали з вищою ефективністю, кращими характеристиками та нижчою собівартістю порівняно з використанням чистого кобальту.