V ére prosperujúceho priemyslu nového energetického vozidla (NEV), technológia batérií, ako hlavná hnacia sila, získala pri každej inovácii značnú pozornosť. Batérie bez kobaltov, vznikajúce technologické smerovanie v posledných rokoch, sú v súčasnosti zachytené v dvojitej hre s úvahami o ochrane životného prostredia a nákladov, ktoré hlboko ovplyvňujú rozvojové prostredie celého odvetvia.
I. Pozadie vzostupu kobaltových batérií
A) Nedostatok kobaltových zdrojov a kolísania cien
Cobalt je rozhodujúci strategický zdroj s obmedzenými globálnymi rezervami a nerovnomerným distribúciou. Podľa príslušných údajov pochádza takmer 70% globálnej dodávky kobaltu z Konžskej demokratickej republiky. Kobalt hrá dôležitú úlohu v katódových materiáloch batérií, stabilizuje vrstvenú štruktúru materiálov a zvyšuje ich výkon cyklistiky a rýchlosti. To však predstavuje až 40% nákladov na katódové materiály v ternárnych batériách. S rýchlym rastom počtu NEV sa dopyt po kobalte prudko zvýšil, zatiaľ čo ponuka zostáva relatívne obmedzená, čo vedie k vysokým a volatilným cenám kobaltu. V posledných mesiacoch sa medzinárodná obchodná cena kobaltu priblížila k 400, 000 Yuan za tonu, ktorá dosiahla historický vrchol. Táto volatilita cien vynaložila na výrobcov batérií a spoločnosti NEV značné nákladové tlaky, čo ich prinútilo hľadať alternatívne riešenia, čo vedie k batériám bez kobaltov.
B) environmentálne a sociálne otázky
Proces ťažby kobaltu je plný mnohých environmentálnych a sociálnych problémov. Takmer dve tretiny svetového kobaltu sa ťažia v Konžskej demokratickej republike, kde je často vedľajším produktom veľkých aktivít niklu a ťažby medi. Nezávislí baníci však fungujú bez akéhokoľvek dohľadu, spôsobujú vážne poškodenie životného prostredia a predstavujú významné bezpečnostné riziká. Cobaltit obsahuje arzén, karcinogén triedy 1 identifikovanú Medzinárodnou agentúrou pre výskum rakoviny Svetovej zdravotníckej organizácie a jej zlúčenina, oxid arzénu, je arzén, na ktorý sa často odvoláva v staroveku. Baníci v Konžskej demokratickej republike v podstate manuálne ťažia bez akejkoľvek ochrany, čo predstavuje veľkú hrozbu pre ich zdravie. Ťažba kobaltu navyše môže tiež vyvolať miestne faktory sociálnej nestability, ako sú problémy s konkurenciou zdrojov a pracovných práv. Z perspektív ochrany životného prostredia a sociálnej zodpovednosti sa preto zníženie spoliehania sa na kobalt stalo nevyhnutným trendom vo vývoji priemyslu.
II. Technické princípy a typy batérií bez kobaltov
A) Technické zásady
Batérie bez kobaltov neznamená, že sú úplne bez kobaltu. Namiesto toho znižujú alebo eliminujú kobaltové prvky v katódových materiáloch batérií technologickými prostriedkami. Kobalt stabilizuje hlavne vrstvenú štruktúru materiálov v batériách, bráni katódovej korózii a zlepšuje rýchlosti nabíjania batérie. Na dosiahnutie stavu bez kobaltov vedci prijali rôzne technologické prístupy. Napríklad dopingom špecifických prvkov bez nepárových elektrónových točení je fenomén elektrónovej superexchange oslabený, čím sa znižuje miešanie lítium/nikel a zlepšuje elektrický výkon. Dopingové prvky s veľkými energiami MO viazania spomaľujú zmenu objemu kryštálov počas procesu nabíjania, stabilizujú štruktúru a zlepšujú životnosť a bezpečnosť cyklu.
B) hlavné typy
Batérie lítiumfosforečnanu (LFP): LFP batérie sú vo svojej podstate bez kobaltu a ponúkajú výhody, ako je vysoká bezpečnosť a nízke náklady. Tesla je v „hĺbkových rokovaniach“ s CATL, aby v niektorých svojich výrobkoch používali batérie bez kobaltov. Ak sa toto vyjednávanie dokončuje, znamená to, že batérie LFP vstúpia do výrobnej linky spoločnosti Tesla. Relatívne nízka hustota energie batérií LFP však do určitej miery obmedzuje ich aplikáciu v niektorých segmentoch vozidiel s špičkovými osobnými vozidlami.
Nikel-manganský systém bez kobaltových batérií: Batéria bez kobaltového kobaltu Svolt je typ batérie bez niklu manganského systému. Po odstránení kobaltu sa zvyšuje podiel niklu a potom dopustí ďalšie prvky, aby sa zlepšila tepelná stabilita. Potiahnutím látok sa zvyšuje pracovné napätie, čím sa zvyšuje hustota energie. Tento typ batérie môže dosiahnuť hustotu energie, ktorá je rovnocenná s hustotou NCM811 a zároveň znižuje náklady na materiál o 5%-15%a zodpovedajúcim spôsobom zníženie nákladov na batériu o 5%, bez toho, aby boli ovplyvnené strategickými zdrojmi.
III. Nákladové výhody batérií bez kobaltov
A) Zníženie nákladov na suroviny
Cobalt je jedným z najdrahších prvkov v katódových materiáloch ternárnych batérií. Zníženie alebo odstránenie používania kobaltu môže výrazne znížiť náklady na surovinu batérií. Podľa výskumnej správy spoločnosti Southwest Securities sa náklady na nízko-kobaltové alebo kobaltové ternárne batérie môžu po hromadnej výrobe znížiť o 30%. Náklady na materiály katód na fosforečnany lítium predstavujú menej ako 15% z celkových nákladov na batériu. Údaje z Cinda Securities ukazujú, že celkové náklady na kWh ternárnych batérií NCM523 sú 724,91 juanov, čo je o 18,4% vyššie ako v batériách LFP pri 612,4 juanoch.
B) Propagácia zníženia ceny batérie
Zníženie nákladov priamo zníži ceny batérií a následne zníži celkové náklady na vozidlo NEV. Ak vezmeme Tesla ako príklad, náklady na batériu predstavujú 30% -40% z celkových nákladov na vozidlo. Ak spoločnosť Tesla dokáže dosiahnuť aplikáciu batérií bez kobaltov, očakáva sa, že ďalej zníži náklady na batériu, čím sa vytvorí priestor na zníženie cien v modeloch, ako je napríklad model Tesla Model 3. Je to veľký význam pre zlepšenie konkurencieschopnosti NEV na trhu a propagáciu ich popularizácie.
Iv. Environmentálne výzvy, ktorým čelia batérie bez kobaltov
A) Problémy so stabilitou výkonu
Kobalt hrá dôležitú úlohu pri stabilizácii štruktúry materiálov batérie. Po odstránení kobaltu môže byť ovplyvnená výkonnostná stabilita batérií. V súčasnosti batérie bez kobaltov stále čelia určitým problémom s výkonom, pokiaľ ide o životnosť a rýchlosť nabíjania. Napríklad niektoré experimentálne batérie bez kobaltov majú obmedzenú životnosť a pomalé rýchlosti nabíjania. Okrem toho sa po odstránení kobaltu z batérií s vysokým ničom zhoršuje tepelná stabilita katódy, vďaka čomu sú veľmi náchylní k tepelnému úteku. Ak sú vystavené vysokým teplotám alebo vonkajším vplyvom, je pravdepodobnejšie, že spôsobia výbuchy a požiare.
B) Problémy s nahradením zdrojov a recykláciou
Aj keď batérie bez kobaltov znižujú spoliehanie sa na kobalt, môžu zvýšiť dopyt po iných zdrojoch. Napríklad zvýšenie podielu niklu v batériách bez kobanských kobaltov môže viesť k väčšiemu napájaniu tlaku na zdroje niklu. Zároveň, s rozsiahlou aplikáciou batérií bez kobaltov, sa problém recyklácie batérií stáva čoraz výraznejšou. Ako efektívne recyklovať a zlikvidovať vynaložené batérie bez kobaltov, aby sa predišlo sekundárnemu znečisteniu životného prostredia, je významnou výzvou, čelí tomuto odvetviu.
V. Výhľady na vývoj a protiopatrenia pre batérie bez kobaltov
A) vyhliadky na rozvoj
Napriek početným výzvam majú batérie bez kobaltov stále z dlhodobého hľadiska rozsiahle vyhliadky na rozvoj. Pri nepretržitom technologickom pokroku sa očakáva, že stabilita výkonnosti a bezpečnosť batérií bez kobaltov sa ďalej zlepší a náklady sa budú naďalej znižovať. Súčasne, ako sa globálny dôraz na ochranu životného prostredia a trvalo udržateľný rozvoj neustále zvyšuje, očakáva sa, že batérie bez kobaltov, ktoré sú v súlade s týmto vývojovým trendom, stanú v budúcnosti jednou z hlavných technológií pre energetické batérie.
B) protiopatrenia
Posilnenie technologického výskumu a vývoja: Výskumné inštitúcie a podniky by mali zvýšiť svoje investície do výskumu a rozvoja technológií batérií bez kobaltov, čo by neustále skúmalo nové materiálové systémy a technológie procesov s cieľom zlepšiť stabilitu výkonu a bezpečnosť batérií. Napríklad optimalizáciou typov a pomerov dopingových prvkov je možné zlepšiť tepelnú stabilitu a životnosť cyklu batérií.
Zlepšenie systému bezpečnosti zdrojov: Stanovte diverzifikované kanály dodávok zdrojov na zníženie spoliehania sa na jeden zdroj. Zároveň posilnite prieskum a rozvoj alternatívnych zdrojov, ako je nikel, aby sa zlepšili schopnosti zabezpečenia zdrojov. Okrem toho by sa malo vynaložiť úsilie na posilnenie recyklácie a využívania vyhoretých batérií a vytvorenie komplexného recyklačného systému na zlepšenie miery obnovy zdrojov.
Zvýšenie politického usmernenia: Vláda by mala zaviesť príslušné politiky na podporu a podporu výskumu, vývoja a uplatňovania batérií bez kobaltov. Napríklad poskytovanie dotácií na výskum, daňové stimuly a ďalšie podpory politiky na podporu rozvoja odvetvia batérií bez kobaltov. Zároveň posilnenie regulácie strategických zdrojov, ako je kobalt, štandardizácia trhového poriadku a zabezpečenie racionálneho využívania zdrojov.
Batérie bez kobaltov, ako dôležitý smer vývoju v technológii NEV Battery, v súčasnosti čelia výzvam aj príležitostiam v duálnej hre ochrany životného prostredia a nákladov. Prostredníctvom opatrení, ako je posilnenie technologického výskumu a rozvoja, zlepšenie systému bezpečnosti zdrojov a zlepšovanie politických usmernení, sa dúfa, že udržateľný rozvoj batérií bez kobaltov je možné dosiahnuť, čo prispeje k prosperite priemyslu NeV.