鈷占鋰離子陰極材料的五分之一，通常有兩種類型:NMC(鎳錳鈷氧化物)或NCA(鎳鈷鋁氧化物)。這些電池中的鈷具有穩(wěn)定用途，可以戒備可能導(dǎo)致電池起火的陰極腐蝕。它還可以提高電池的充電速率，但是這種原材料相當(dāng)昂貴，而且很難獲得。另外，鈷還也有一些社會問題。世界上近三分之二的鈷是在剛果民主共和國（剛果（金））開采的，作為大規(guī)模鎳和銅礦開采的二級產(chǎn)品。但剛果（金）也有一支由大量的獨立或手工采礦者所組成的龐大隊伍，他們在沒有任何安全監(jiān)督的情況下有效地運作。這導(dǎo)致剛果鈷礦存在大量人權(quán)的現(xiàn)象，包括使用童工。

曼瑟拉姆（Manthiram）和他的同事們開發(fā)的陰極通過新增鎳含量來避開鈷；按重量計算，鎳占陰極中金屬重量的89%。他們的電池結(jié)合了NMC和NCA陰極的成分，從而創(chuàng)造了一種不含鈷的NMA（鎳錳鋁氧化物）陰極。曼瑟拉姆（Manthiram）表示，雖然該團(tuán)隊不是第一個開發(fā)無鈷或高鎳陰極的團(tuán)隊，但這是第一個沒有存在電池壽命短、能量密度低等緊要性能缺陷的團(tuán)隊。

密歇根大學(xué)電池試驗室的技術(shù)總監(jiān)格雷格雷斯（GregLess）表示，曼瑟拉姆（Manthiram）的陰極材料"顯示出巨大的前景"。他認(rèn)為，該無鈷電池還要做更多的探測，以處理其他類似陰極化學(xué)材料所出現(xiàn)的問題例如，錳在高溫下的溶解傾向，但電池的初步探測結(jié)果令人鼓舞。"一種能夠與含鈷電極競爭的無鈷替代品，這是非常令人興奮的事情。"雷斯（Less）也對此電池寄予厚望。

這些粉末樣品將被制造成無鈷陰極

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，曼瑟拉姆（Manthiram）和他的團(tuán)隊使用專門的技術(shù)在納米尺度上混合原料。這包括將含有鎳、錳和鋁離子的溶液泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中它們與另一種與金屬離子結(jié)合的溶液混合。其結(jié)果是一種金屬氫氧化物的精細(xì)混合粉末，與氫氧化鋰一起焙燒，形成用于陰極的材料。在整個過程中，非得精確控制泵送速率和溫度，以確保生成的陰極材料具有正確的結(jié)構(gòu)和成分。曼瑟拉姆（Manthiram）說："設(shè)計陰極成分要很好的基礎(chǔ)化學(xué)知識。但是我們最終找到了一種控制這個過程的辦法，這樣你就可以進(jìn)行原子尺度的混合。"

一旦曼瑟拉姆（Manthiram）和他的團(tuán)隊將這些元素成功地混合在一起，他們就將該陰極放在一個試驗性的鋰離子袋式電池中，而陽極則采用傳統(tǒng)的石墨電極。在探測過程中，他們發(fā)現(xiàn)，在不同的充電速率和數(shù)百次充電周期中，其性能與市售的帶鈷陰極的鋰離子電池相當(dāng)。雖然無鈷陰極的能量密度略低，這意味著其可以存儲更少的鋰離子，但曼瑟拉姆（Manthiram）認(rèn)為可以通過進(jìn)一步完善其化學(xué)成分來彌補這一差距。

從理論走向商業(yè)化無鈷電池的商業(yè)競爭，已經(jīng)暗流涌動

與此同時，他正專注于將電池帶出試驗室，進(jìn)入實際世界。最近曼瑟拉姆（Manthiram）成立了TexPower公司，以實現(xiàn)電池陰極的商業(yè)化，他表示，從目前的趨勢來看，應(yīng)當(dāng)很容易將其與現(xiàn)有的電池制造工藝相結(jié)合。這種無鈷電極可以用于一系列使用的電池中，如消費級電子產(chǎn)品、電動汽車和能源網(wǎng)的存儲。

曼瑟拉姆（Manthiram）希望他的無鈷陰極能在幾年內(nèi)投放市場。然而，他不是唯一的一個在該范疇的探索者。一家名為Sparkz的初創(chuàng)公司最近從美國能源部的橡樹嶺國家試驗室獲得了無鈷陰極的授權(quán)，以將該技術(shù)商業(yè)化。像松下(Panasonic)這類的老牌公司也正在競相減少電池中的鈷含量。埃隆馬斯克(ElonMusk)多年來一直希望在特斯拉中使用無鈷電池，許多行業(yè)分解師預(yù)計，他將在特斯拉下月舉辦的電池日(batteryDay)活動上宣布在低鈷鋰離子電池方面取得的沖破。

然而，含鈷電池在短時間內(nèi)會被取代嗎？

不過，含鈷陰極可能還會存在一段時間，代表加工商的非營利性貿(mào)易組織鈷研究所(cobaltInstitute)的前主席、現(xiàn)任顧問大衛(wèi)韋特(DavidWeight)說。除了這種金屬給鋰離子電池帶來的穩(wěn)定性和性能優(yōu)點外，制造鋰離子電池的公司花費了數(shù)年時間和數(shù)十億美元來完善鈷類陰極化學(xué)結(jié)構(gòu)。這意味著，任何一個新的參與者都非得克服許多行業(yè)惰性。韋特（Weight）表示："在不要鈷的化學(xué)系統(tǒng)能夠成為商業(yè)實際之前，我們非得展望將來很長的一段路。轉(zhuǎn)向一種全新的技術(shù)不會是一蹴而就的。在可預(yù)見的將來，鈷仍將出今朝電池中很長一段時間。"

世界銀行(Worldbank)最近的一份報告預(yù)測，在將來幾十年內(nèi)，鈷產(chǎn)量非得新增500%，才能滿足鋰離子電池日益上升的需求。韋特（Weight）表示，僅憑剛果民主共和國自身是無法滿足這一需求，而目前全球范圍內(nèi)有幾家鈷勘探公司正在進(jìn)行勘探，以確保進(jìn)一步張大開采量。截止目前，最大的鈷礦床是在海底發(fā)現(xiàn)的，盡管深海開采依然是一個有爭議的問題。但即使供應(yīng)被證明不是問題，無鈷陰極仍可使鋰離子電池比以往任何時候都更便宜、毒性更低、更符合道德規(guī)范。