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班级文化,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装

上一年初,苹果公司正在与全球首要的钴出产商商洽,期望能够越过中间商,直接从这些矿企购买钴矿。今年初,宝马公司宣告将不再运用刚甘愿代替你吉他谱果出产的钴矿石,未来会直接从澳大利亚和摩洛哥风流太子购买班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装钴矿资源。

众所周知,苹果公司的事务首要触及智能手机的规划和制作,而宝马是一家汽车公司,是什么唆使这两家跨国企业都对钴这种元素情有独钟,还对矿石产地有所挑选呢?让咱们环绕钴矿的发掘和运用去寻觅斗破天穹之碧落黄泉答案吧。


(制图:李研)


撰文 班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装| 李云哲

修改 | 李研


钴(Co)是过渡金属元素的一种,质地硬而脆,具有铁磁性,其化学性质较安稳,常温下不与水和空气发作反响。


(图片由“最美丽的化学元素周期表”网站策划者吴尔平供给)


早在古代,我国人现已把握了将含钴的质料运用于陶器釉料的技能,制作出了如唐三彩、青花瓷等精巧华贵的艺术品。


元景德镇窑清华缠枝牡丹纹瓶 (蓝色斑纹的制作需求含钴的釉料)(图源:上海博物馆官网)


1753年,瑞典化学家格布兰特(G. Brandt)初次从辉钴矿中别离出纯度较高的金属钴,因而被认为是钴元素的发现者。值得一提的是,钴是有清晰发现记载的第一个金属元素。因为之前常见的金、银、铁、铜等元素都是古人在ggdb我国官网长时间出产实践过程中获取的,就没有切当的发现者。


钴元素与人类的联络十分亲近。人体所需的维生素中有一种叫做B12。这是一类含有钴元素的杂乱有机化合物,也是仅有含有金属元素的维生素,具有重要的生理功能。


维生素B12的分子结构式(图源: ymwang42/wikimedia)


不只人体必需的维生素中含有钴,钴有时和稀土元素相同,也被称为“工业维生素”,其合金资料具有耐高温和耐腐蚀的优秀特性,因而在机械、电子、航天等范畴都有所运用。


上述说到的运用尽管重要,但比较于钴元素在近年来敏捷遍及的锂离子电池中所扮演的要害人物,好像都显得“稍逊风骚”了。


在电池充放电过程中,锂离子(Li+)需班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装要在正负极层状化合物之间来回不断络绎。因为含锂的负极资料在空气中一般不安稳,所以锂离子电池一般需求正极资料作为锂源。满意高能量密度、高电压以及杰出的循环寿数的电极资料系统并不简略发现,直到80年代初,Goodenough 等人提出层状钴kitty中文酸锂(分子式:LiCoO2)可用作正极资料,才为锂离子电池的实践运用奠定了根底。


现在,在智能手机、笔记本电脑等便携式电子产品中,钴酸锂仍占有正极资料的肯定主导地位。在锂离子动力电池范畴,前期多以本钱较低的磷酸铁锂或锰酸锂为正极,并不含钴。但这些电池的能量密度都太低了,低温性又差,无法满意电动汽车等职业的开展需求。而选用镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)等三元资料制备的锂离子电池,凭仗容量高、寿数长和低温功能好等优秀功能很快取得商场喜爱。现在,全球有一半多的钴都被用于制作锂离子电池。


红框里是iPhone XS MAX用的锂电池,由德赛电池有限公司制作(图源:ifixit.com)



INR26650-50A型镍钴锰酸锂三元锂电池,广泛运用于电动汽车。(图源:力朗电池)


量少价高,散布不均

尽管钴在元素的地球丰度中排名第32位,并非典型的稀有元素,但与同为铁系元素的铁(Fe)赳赳与镍(Ni)比较,其产值相对较少,并且世界上大部分的钴矿都是作为其它金属发掘过程中的副产品呈现。依据美国地质调查局(USGS)的数据,2018年全球钴产值为120千吨,仅为全球铁产值的0.008%、镍产值的5.2%。


近年来,钴的交易价格动摇很大,据伦敦金属交易所2019年4月的数据,钴的价格约为3班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装5000美元/吨,欧美相片而镍的价格约为13000美元/吨,不及钴的一半。


更重要的是,钴矿的散布极为不均。现在全球钴矿藏近对折来自非洲的刚果民主共和国,也常被称为“刚果(金)”。该国家不安稳的政局严重影响着钴矿的价格。


2002年,刚果(金)血腥的内战刚刚完毕,该国拟定的《矿业法》中有许多十分大方优惠条款,目的招引投资者。但2018年以来,为了能够添加国家财政收入,一起维护国内矿藏资源,刚果(金)政府大幅进步了钴金属的矿业税税率。上一年3月,总统卡比拉签署新矿业法,铜钴的矿业税税率均从2%进步至3.5%,并从当年6月开端施行;12月3日,刚果(金)政府又宣告钴为战略金属,进一步将钴的矿业税税率从3.5%进步到10%。


我国有许多钴矿的冶炼厂,是钴的首要消费国,一起也是精粹钴的重要出口国,但钴的储量仅占全球储量的1.11%。依据国家天然资源部于2边白熙018年7月10日发布的数据显现,在2017年,我国钴的对外依存度到达90%,用来出产精粹钴的矿石质料大多来自刚果(金)。


2018年全球首要国家可经济运用的钴储量占比(数据来历:USGS)


发掘困难,来之不易

在许多读者的心目中,现在的采矿作业现已十分现代化,发掘和分拣都由机械代替了人力。但是,在历尽战乱的黑非洲内地,钴矿的发掘却是一副截然不同的场景。


刚果(金)的钴矿发掘(图源:amnesty.org)


刚果(金)具有丰厚的矿藏资源,但这并没范阳帽有为当地居民换来面子的日子。因为发掘工艺的落后,用“脏,乱,差”来描述坐落该国卢阿拉巴省钴矿的手艺发掘恰如其分。挖出的含钴矿石需通过清洗、分拣和破坏,人们假如长时间折腰完结这些工序,会对身体发生累积损害。更何况钴自身也具有缓慢毒性,长时间暴露在充溢钴颗粒的环境中易引发呼吸系统和皮肤疾病。


但是,依据《天然可持续开展》的报导,刚果(金)钴产值的近五分之一为手艺发掘。当政府勘探出来档次不高的矿源,或是矿业公司发掘完之后的尾矿,基本上都会落入到民众之手。在这些作坊式的矿场中,矿石的发掘首要靠壮劳力徒手或用简略的机械东西完结,矿石的清洗和打磨依托妇女赤脚站在污浊的湖水中完结,而许多矿藏的分拣作业则是由不到11岁的童工用脏兮兮的小手完结的。


冒着巨大的风险,在恶劣的环境中劳累一天,矿工仅能得到两三美元酬劳。但是,这关于这个人均年收入只要300美元的国家的公民来说,也确实算得上是一项不小的福利了。所以,即使防护办法几乎没有,但仍有数十班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装万人携家带口在此以矿为生。


近年来,刚果(金)的童工采矿问题被广泛曝光,遭到一些人权安排的重视。这促进西方企业巨班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装头直接联络矿企或替换钴矿来历地,以防止运用抵触频发的贫困地区童工发掘的钴矿。这其间既有面临舆论压力的考量,或许也有保证钴资源安稳供给的考虑。


Co仍然无可代替

已然钴如此来之不易,咱们有没有或许用其他元素代替钴在锂离子电池中的效果呢?


以NCM三元正极资料为例,惯例的资料组分中钴、镍和锰三种元素所占的份额附近,分子式为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(简称NCM11韩国大妈1)。人们期望能够用相对廉价的镍替代贵重的钴,所以资料规划也逐渐转向高镍含量的多元资料,连续推出NCM523,NCM622和最新试制的NCM811电池。正如电池称号中所表明的,NCM811的正极资料中含有80%的镍、10hi文%的钴和10%的锰。


但是,这种逐渐进步镍含量的尽力遭到一些业内人士的质疑。高镍电池尽管能量密度有所进步,但在热安稳性和循环寿数方面存在下风,出于安全考虑,悉数研制资料实在运用于新动力车都需求更多的验证。这导致NCM8赵雅芝和周润发的女儿11间隔实践的商业化运用仍有一段间隔。


现在没有一种元素比镍元素能更好地添加能量密度,但也没有比钴更好的元素让悉数能量安稳下来。
Marc 班级文明,为何宝马和苹果都对这种元素情有独钟?,女装Grynberg (Umicore首席执行官)


假如能够运用金属锂作为负极,那么不只能够大幅进步锂电池的理论能量密度,还能够完成与之配对的正极资料无锂无钴。这是现在动力范畴的抢手研讨方向,但因为锂枝晶生成等安全问题仍待处理,锂金属电池要实在大规模的商用也仍是比较悠远。未来二三十年的时间里,含钴的锂离子电池很或许还会在商场中占有主导地位,咱们仍然离不开钴。


(a)锂离子电池和(b)锂金属电池的作业原理(图源:Wiley)


Co的收回再运用——来自Apple公司的测验

已然钴元素在动力范畴还不可或缺,咱们应该怎样更有用的保证它的供给呢?


除了钴矿的发掘,咱们还能够对废旧正极资料、合金等含钴资料的进行收回运用,而作为手机出产商的苹果公司正在这方面作出斗胆的测验。


苹果研制的第二代拆解机器人Daisy(图源:apple.com)


2017年苹果研制了第一代iPhone拆解机器人Liam,但其时Liam只能拆解很少部分机型。2018年,依据Liam研制的第二代拆解机器人Daisy面世。依据苹果最新发布的《2019环境职责发展陈述》,Daisy能拆解15款不同的iPhone机型,而每拆解10万部iPhone能够高效收回约790千克的钴和数量可观的其他金属资料。这些钴将被循环运用到新的Apple产品的电池中。


iphone拆解机器人Dais收回各种金属的才干(图源:apple.com)


钴元素背面的故事有些沉重,但也充溢了别致和期望。钴在保持现代日子工作的动力资料中发挥着至关重要的效果。当咱们在享用智能手机和电动汽车带来的快捷时,不要忘掉其间的钴来之不易,需求倍加爱惜。


参考资料

[1] BMW to buy cobalt direct f民国之战争贩子rom Australia, Morocco for EV batteries:https://www.reuters.com/article/us-bmw-electric-cobalt/bmw-to-buy-cobalt-direct-from-australia-morocco-for-ev-batteries-idUSKCN1RZ1RK

[2] Cobalt Statistics and Information: https://www.usgs.gov/centers/nmic/cobalt-statistics-and-information

[3] 600专家学者共议“工业维生素”:http://news.163.com/10/1110/0香川爱生7/6L44JP8700014AED.html

[4] 马璨,吕迎春,李泓,储能科学与技能,2014,3,53

[5] Cobalt cannot be eradicated from electric car batteries – Umicore:https://www.reuters.com/article/umicore-cobalt/cobalt-cannot-be-eradicated-from-electric-car-batteries-umicore-idUSL8N1Q2449

[6]Lubaba Nkulu C. et a何朋娟l. Nature Sustainability, 2018, 1, 495.

[7] Guo, Y., Li, H., Zhai, T., Adv. Mater. 2017, 29, 1700007 

[8]Li, M., Lu, J., Chen, Z., Amine, K., Adv. Mater. 2018, 30, 1800561.

[9] Environmental Responsibility Report, 2019 Progress Report: https://www.apple.com/environment/pdf/Apple_Environmental_Re老婆太惹火spo谢洁瑛nsibility_Report_2019.pdf

[10] Apple adds Earth Day donations to trade-in and recycling proguagngram: https://www.apple.com/newsroom/2018/04/apple-adds-earth-day-donations-to-trade-in-and-recycling-program/


相关阅览

 来自太阳的稀有元素

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来历:赛先生

修改:重光


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