Các Lựa Chọn Thay Thế cho Cobalt, Kim Cương Đỏ của Pin

Khi John Goodenough tạo ra viên pin lithium-ion có thể sạc lại đầu tiên tại Oxford vào năm 1980, ông cần một ít cobalt. Các thử nghiệm đã chứng minh rằng kim loại này có năng lượng cao, hoàn hảo cho pin nhỏ cần nhiều công suất.¹ Vì vậy, Goodenough tự làm cobalt bằng cách nung các tác chất ở nhiệt độ rất cao.

Ngày nay, cobalt xuất hiện trong hầu hết các viên pin lithium-ion thương mại—nhưng nó đi kèm với một giá trị. Kim loại màu bạc này không chỉ đắt, đúng vậy. Nhưng nó còn mang theo một chi phí đen tối: một lịch sử dài về việc vi phạm nhân quyền, bao gồm cả khai thác công nghiệp của trẻ em, liên quan đến sản xuất tại Cộng hòa Dân chủ Congo. Các công ty sản xuất thiết bị điện tử và ô tô điện không muốn trả số tiền lớn và liên kết chính họ với những tội ác này, vì vậy họ đã cố gắng giảm lượng cobalt mà pin của họ sử dụng. Panasonic, nhà cung cấp pin của Tesla, công bố vào cuối tháng trước rằng họ đang phát triển pin không cần cobalt. Và họ có một số sự giúp đỡ: Goodenough và các nhà nghiên cứu khác cũng đã phát triển viên pin có thể sạc lại mà không cần cobalt.

Pin có một đầu dương, thường là graphite, và một cathode, đầu âm—kết hợp giữa lithium, cobalt và oxy trong thiết bị bạn đang đọc câu chuyện này. Trong ô tô điện, cathode thường chứa nhiều nickel hơn so với các thiết bị nhỏ—điều này giảm áp lực trên chuỗi cung ứng cobalt, nhưng có chi phí xử lý cao và có khả năng cháy nổ cao hơn trên máy bay theo kiểu chiếc Samsung Galaxy Note 7 nổi tiếng. Các electron ở vòng ngoại cùng của nguyên tử cobalt được ghép đôi, điều này có nghĩa là nó nhỏ, chặt chẽ và dễ tạo thành lớp.

Nhưng một làn sóng mới của các nhà nghiên cứu về pin, kể cả Goodenough, đang chuyển sang các vật liệu như mangan và sắt. Thay vì các lớp, những nguyên tố này tụ hợp thành một cấu trúc 'muối đá', được gọi như vậy vì nó giống với gia vị yêu thích của chúng ta ở bàn ăn. Các cathode muối đá đã được sử dụng trong một số thiết bị, nhưng chúng vẫn chưa có mật độ năng lượng cao như cobalt hoặc nickel.

Các nhà nghiên cứu và công ty đã sẵn sàng cho những lựa chọn khác. “Cobalt đắt đỏ và mọi người sẽ cố gắng hết sức để không sử dụng nó,” nói Goodenough, người vẫn làm việc như một giáo sư kỹ thuật tại Đại học Texas. Trong hai năm qua, giá của cobalt đã tăng gấp bốn lần, và trong khi thiết bị điện tử cầm tay hiện nay sử dụng phần lớn cobalt, pin cho ô tô điện sẽ yêu cầu gần 1.000 lần nhiều cobalt hơn một chiếc điện thoại. Với biến đổi khí hậu do con người, ngày càng nhiều người đổi động cơ đốt cháy để chọn một mô hình điện. Và trong khi những xu hướng này có thể tốt cho hành tinh, chúng tăng giá của cobalt.

Cobalt là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất các kim loại khác như nickel và đồng, nhưng nó cũng tồn tại trong vỏ trái đất mà không cần đến chúng, ở các mỏ chủ yếu ở Cộng hòa Dân chủ Congo. Năm 2016, Washington Post tiến hành một cuộc điều tra về chuỗi cung ứng cobalt trước đây không rõ ràng và tiết lộ các thực hành lao động trẻ và thiếu thiết bị cần thiết.

Tất nhiên, còn một cách để tránh những nguy hiểm của khai thác: tái chế. Nhưng viên pin lithium-ion có tuổi thọ quá dài, đến mức những người mua chúng trong vòng 10 năm tới sẽ nhanh chóng vượt qua những người loại bỏ chúng, giải thích Elsa Olivetti, một giáo sư nghiên cứu năng lượng tại Viện Công nghệ Massachusetts. Tháng Mười năm ngoái, bà đã công bố một bài báo kết luận rằng nguồn cung cobalt sẽ phải tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu trong vài năm tới, đặc biệt là với sự gia tăng của các phương tiện điện. Mặc dù đã có tiến bộ cả trong phát triển cathode và nguồn cung cobalt trong vòng tám tháng qua, “Tôi nghĩ kết luận chung rằng chúng ta nên suy nghĩ nhiều hơn về cobalt vẫn còn,” bà viết. “Nhưng mọi người đã bắt đầu làm điều đó,” tạo ra các cathode với kim loại ổn định, năng lượng cao như photpho và sắt.

Vượt xa cả pin có lớp và muối đá, các nhà nghiên cứu đang tìm đến pin chất rắn. Các loại pin này có thể đòi hỏi nhiều lithium hơn, nhưng không nhất thiết là cobalt, và sẽ an toàn hơn nhiều so với pin lithium-ion hiện tại.² Các công ty xe hơi như BMW, Toyota và Honda đang nghiên cứu về những viên pin này, nhưng Olivetti không nghĩ rằng công nghệ này sẽ bão hòa thị trường trước năm 2025. Và cho đến khi đó, các công ty sẽ cố gắng giảm thiểu ảnh hưởng của pin có cobalt. Các công ty như Apple và Samsung đã tham gia vào Sáng kiến ​​Cobalt Trách nhiệm, cam kết giải quyết những hậu quả môi trường và xã hội tồi tệ nhất của chuỗi cung ứng. Và gần đây, Apple đã bắt đầu mua cobalt trực tiếp từ các thợ mỏ để đảm bảo rằng các nhà cung cấp đạt đến tiêu chuẩn nơi làm việc của họ.

Goodenough, một trong những người, vẫn đang nghĩ về cobalt, ngay cả ở tuổi 96. Mặc dù ông đã phát triển một viên pin hoạt động mà không cần cobalt, ông không nghĩ rằng những ngày nó nằm cách tai chúng ta vài milimét đã kết thúc. Mặc dù chi phí cao hơn, ông nói, thiết kế pin lithium-ion gốc của ông vẫn đủ tốt.

¹Sửa lỗi, 6/7/2018 1:40 PM EDT: Phiên bản trước của câu chuyện này đã nhầm lẫn nguồn thông tin về tính chất của cobalt.

²Sửa lỗi, 6/7/2018 1:40 PM EDT: Câu chuyện này đã được sửa đổi để làm rõ vai trò của cobalt trong pin chất rắn.

Những điều tuyệt vời khác từ MYTOUR

• PHOTO ESSAY: Bạn chưa bao giờ thấy sóng như thế này trước đây
• Những nhà vật lý này đã nhìn thấy đồng hồ đếm từ 14 năm liền
• Lý do thực sự khiến Google Search đánh dấu Đảng Cộng hòa California là người Do Thái
• Danh sách loa bluetooth tốt nhất này lên đến 11
• Cách Killing Eve đảo ngược quá trình xem liên tục
• Đang tìm kiếm nhiều hơn? Đăng ký nhận bản tin hàng ngày của chúng tôi và đừng bao giờ bỏ lỡ những câu chuyện mới nhất và tuyệt vời nhất của chúng tôi