Кобальт является не только дорогим и относительно редким элементом, но и идеологически токсичным, поскольку при его добыче в Конго, как принято считать, страдают люди. Японским учёным удалось создать литийионные аккумуляторы без кобальта, которые обладают более высокой плотностью хранения заряда и при этом могут выпускаться на существующих производственных линиях.

Источник изображения: Токийский университет, Nikkei

Последнее обстоятельство подразумевает, что производить аккумуляторы нового типа можно будет на уже существующих предприятиях без их серьёзной модернизации, а это позволит сэкономить деньги. Традиционно литийионные аккумуляторы с содержанием никеля одновременно использовали в своём составе кобальт и марганец. Аккумуляторы на основе фосфата железа обходились без кобальта, что позволяло выпускать их со сниженными на 30 % затратами. Помимо дороговизны, кобальт представляет угрозу для окружающей среды при неправильной утилизации, поэтому поводов для его замены накопилось немало.

Учёные Токийского университета, как поясняет Nikkei Asian Review, разработали литийионные аккумуляторы, которые содержат никель, марганец, кремний и кислород, помимо самого лития, разумеется. Такое сочетание элементов, как показали эксперименты, допускает работу с более высокими напряжениями. Для электромобилей это хорошо тем, что скорость зарядки тяговой батареи можно будет увеличить за счёт использования более мощных зарядных станций.

Предыдущие прототипы таких аккумуляторов при этом страдали от низкого ресурса по циклам зарядки и разрядки. Японским учёным удалось решить проблему за счёт усовершенствования состава электролита. Созданный ими прототип аккумуляторной ячейки в формфакторе «монетки» смог по итогам испытаний с 1000 циклов разрядки сохранить 80 % своей номинальной ёмкости. У аккумуляторов такого типа на 60 % выше оказалась плотность хранения заряда по сравнению с LFP-аккумуляторами, которые на сегодня считаются самой жизнеспособной версией батарей без кобальта. Теоретически, у новых аккумуляторов плотность хранения заряда может оказаться даже выше, чем у содержащих кобальт. Сейчас перед разработчиками стоит задача по изучению сокращения ресурса аккумуляторов нового типа с течением времени. Если технология производства таких аккумуляторов себя зарекомендует, её можно будет заполучить по лицензии.

Apple заявила, что к 2025 году все аккумуляторные батареи, разработанные для её продуктов, будут изготавливаться с применением только переработанного кобальта, а магниты в устройствах Apple будут использовать переработанные редкоземельные элементы.

Источник изображения: Apple

К 2025 году компания обязалась перейти на использование только полученного путём вторичной переработки кобальта во всех своих батареях. Кроме того, к этому моменту компания планирует использовать только переработанные редкоземельные элементы в магнитах для своих устройств, а все конструкции печатных плат собственного производства будут использовать полностью переработанное золотое покрытие. и пайка оловом.

Компания отметила, что за последние три года значительно расширила использование 100-процентно сертифицированного переработанного кобальта. При переходе на переработанные и возобновляемые материалы компания отдала приоритет 14 позициям, которые вместе составляют почти 90 % материалов, из которых состоят продукты Apple: алюминий, кобальт, медь, стекло, золото, литий, бумага, пластик, редкоземельные элементы, сталь, тантал, олово, вольфрам и цинк.

За прошлый год Apple использовала в своей продукции только 25 % переработанного кобальта, хотя это больше, чем 13 процентов в 2021 году. На данный момент Apple уже использует 73 % переработанных редкоземельных элементов и 38 % переработанного олова. В итоге компания надеется производить всю продукцию исключительно из переработанных и возобновляемых материалов, а к 2030 году ожидается, что ее продукты станут углеродно-нейтральными.

Эксперименты производителей с химическим составом литиевых аккумуляторов, как правило, преследуют схожие цели: снижение себестоимости продукции, увеличение плотности хранения энергии и устранение зависимости от дефицитных материалов. В случае с кобальтом добавляется и определённый гуманистический фактор, поскольку этот материал добывается в Африке с пренебрежением техникой безопасности и даже правами человека. SK On рассчитывает разработать аккумуляторы без кобальта в течение трёх лет.

Источник изображения: SK innovation

По данным ресурса The Elec, южнокорейская компания уже заручилась в рамках этой инициативы поддержкой одного из производителей катодов. Кобальт, помимо спорности своего происхождения, ещё является и более дорогим материалом по сравнению с никелем и марганцем, поэтому SK On попытается заменить его на марганец в составе своих тяговых батарей для электромобилей. Литий и марганец будут соседствовать с фосфатом железа, что позволит снизить себестоимость производства тяговых батарей, пусть и в ущерб плотности хранения электроэнергии. Зато наличие марганца в составе позволит снизить вероятность возгорания аккумуляторов при неисправности.

Не отказывается SK On и от планов по выпуску «чистокровных» LFP-аккумуляторов, не содержащих марганца. Китайские конкуренты за счёт их выпуска в больших количествах смогли занять лидирующие позиции на мировом рынке. Впрочем, корейская компания не ставит перед собой задачу полностью потеснить китайских соперников. SK On считает лучшими батареями версии с высоким содержанием никеля, поскольку они обеспечивают достойную плотность хранения энергии и большой запас хода, а потому будет специализироваться преимущественно на их производстве. Более доступные железофосфатные аккумуляторы будут предложены клиентам ради расширения ассортимента при необходимости наладить выпуск недорогих электромобилей с ограниченным запасом хода.

Кобальт и никель являются одними из наиболее дорогих и дефицитных компонентов для производства тяговых батарей, поэтому автопроизводители стараются найти альтернативу существующему химическому составу литиевых аккумуляторов. При этом уже в прошлом году автомобильная отрасль вышла на первое место по потреблению кобальта, опередив сегмент смартфонов и ноутбуков.

Источник изображения: Tesla

Об этом сообщает Financial Times со ссылкой на статистику Cobalt Institute. В прошлом году, по данным источника, автомобильная отрасль потребила 59 тысяч тонн кобальта, а при производстве мобильных телефонов этого металла было использовано только 26 тысяч тонн, в случае с планшетами и ноутбуками потребление ограничилось 16 тысячами тонн кобальта за год. Фактически, на долю электромобилей приходились 34 % спроса на кобальт, и к 2026 году она увеличится до 50 %, по мнению специалистов Cobalt Institute.

В прошлом году все отрасли промышленности продемонстрировали спрос на кобальт в объёме 175 тысяч тонн, тогда как объёмы добычи не превысили 160 тысяч тонн. По мнению авторов прогноза, в период с 2024 до 2026 годы включительно спрос на кобальт будет расти более чем на 12 % в год в среднем, тогда как темпы роста предложения будут отставать со своими 8 % в год. Лишь в 2023 году рынок кобальта приблизится к состоянию равновесия. К 2026 году промышленности потребуется до 320 тысяч тонн этого металла.

По некоторым оценкам, уже в 2023 году половину всех тяговых аккумуляторов для электромобилей участники рынка будут производить с использованием фосфата железа, что позволит частично компенсировать дефицит кобальта. Его стоимость в прошлом году выросла в два раза. Лидером по добыче металла остаётся Демократическая Республика Конго с тремя четвертями рынка, причём процесс контролируют преимущественно китайские компании. В прошлом году здесь было добыто 118 тысяч тонн кобальта, Австралия со своими 5,6 тысячами тонн осталась на втором месте с большим отставанием. Кобальт является побочным продуктом добычи никеля и меди, а потому его добыча сконцентрирована в нескольких географических районах.

Компания Tesla половину отгруженных в первом квартале электромобилей снабдила аккумуляторами на основе фосфата железа (LFP), и отраслевые эксперты ожидают, что на мировом рынке они начнут доминировать уже в 2024 году. Корейские производители тяговых батарей убеждены, что смогут противостоять этому тренду, предлагая аккумуляторы без кобальта, но с увеличенным содержанием марганца.

Источник изображения: Samsung SDI

Производители литиевых батарей постоянно ищут «слабое звено» в химическом составе аккумуляторных ячеек, и до резкого повышения цен на никель таковым они считали кобальт, стоимость которого могла определять до четверти стоимости всей ячейки. С морально-этической точки зрения к практике добычи кобальта у прогрессивного западного сообщества тоже имелись свои вопросы, поэтому работа по замещению этого элемента в составе батарей велась давно.

Как поясняет Business Korea, три основных производителя литиевых аккумуляторов в Южной Корее, компании Samsung SDI, SK On и LG Energy Solution, на своих квартальных отчётных мероприятиях недавно выразили готовность совершенствовать состав тяговых батарей на основе никеля и марганца, чтобы в конечном итоге отказаться от использования кобальта. Во-первых, это позволит сделать аккумуляторы дешевле и лучше конкурировать с набирающими популярность LFP-батареями, производство которых на 90 % сосредоточено в руках китайских компаний. Во-вторых, в противовес китайским LFP-аккумуляторам, корейские батареи без кобальта сохранят приемлемую плотность хранения заряда и не будут столь же массивными. Правда, компенсировать отказ от кобальта планируется за счёт увеличения содержания марганца, но это всё равно выгодно экономически.