降低貴金屬含量成未來電池趨勢，無鈷電池研究持續
作者 Daisy Chuang | 發布日期 2020 年 12 月 24 日
首圖來源：橡樹嶺國家實驗室
隨著電池需求攀升，也帶動採礦需求，除了影響自然生態與水源，勞工權益也是備受矚目的議題，面對隨需求之而來的自然環境與勞工、人權爭議，科學家與廠商也正努力尋找更新的替代方案，好比研發沒有昂貴金屬鈷的鋰離子電池。
鋰離子電池的陰極由鋰、鎳、鈷貴重金屬組成，其中鈷在電池效能扮演要角，更是占材料成本的一半，只是如今鈷以陷入人權爭議許久。
全球有 59% 的鈷來自非洲剛果民主共和國，長年涉及血汗工廠和童工問題，也可以說是電池界的「血鑽」。去年底美國非營利人權機構國際權利倡導者（International Rights Advocates）便代表剛果 14 家庭於華盛頓特區聯邦地區法院提告，控告特斯拉、蘋果、Google 母公司 Alphabet、微軟、戴爾五家公司，認為這些科技大廠有能力且有義務要改善供應鏈環境。
為此科學家與廠商也做出些許改善與努力，像是 IBM 正在研發沒有鈷、其他重金屬，且用海水來提取原料的電池。為提高鈷供應鏈透明度，也有廠商採用採礦產倡議組織（Responsible Minerals Initiative，RMI）認證、與地方採礦合作社合作、用區塊鏈技術管理訂單、採購，而像通用汽車、特斯拉也打算降低電池的鈷含量，特斯拉更打算在中國銷售採用無鈷電池「磷酸鋰鐵 （LFP） 電池」Model 3 電動車等等。
美國橡樹嶺國家實驗室則正在研究一種名為 NFA 的新型陰極（正極），NFA 代表鎳、鐵和鋁，也是「鎳酸鋰」材料的衍生物。其實它已經被關注許久，只是過去研究尚未找出最佳配方，研究負責人 Ilias Belharouak 指出，過去主要是將目光放在「鎳酸鋰」材料，但它的結構與電化學不穩定是一大考驗，對此團隊用鐵、鋁取代一部分的鎳，用來增強電極的穩定性。
團隊認為，鐵和鋁是相對具有成本效益、永續發展和環保的材料。研究也符合期待，容量高，且在 100 次循環後還能保留 88% 容量，NFA 陰極製作的袋式電池（pouch cell，軟包電池）效能也不差，只是穩定性還有待提高，充放電循環 200 次後維持 72％ 容量。
雖然這還只是初步研究，還不知道要花多久的時間才能真正應用到市場，但降低稀有材料用量的設計與研究新進展，對於無鈷電池來說無疑是好消息，團隊指出，這款設計整合容易，未來全球的陰極製造工廠都能採用。
Belharouak 認為，NFA 陰極充放電效能研究指出，無論陰極有沒有含鈷，都有相似的電化學反應，並提供足夠比容量，滿足電池能量密度的要求。
