الكوبالت في بطاريات السيارات الكهربائية: المزايا والتحديات والبدائل

مقدمة

مع اكتساب صناعة السيارات الكهربائية (EV) زخماً كبيراً، أصبح دور الكوبالت في بطاريات السيارات الكهربائية موضع تدقيق شديد وحفز على الابتكار. ويوفر الكوبالت، وهو مكون أساسي في العديد من بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية، العديد من المزايا ولكنه يطرح أيضًا تحديات بيئية وأخلاقية وتكلفة. في هذه المقالة، نستكشف العلاقة المعقدة بين الكوبالت وبطاريات السيارات الكهربائية، وندرس مزاياها وعيوبها، والبحث عن بدائل مستدامة تعد بمستقبل أنظف وأكثر أخلاقية للتنقل الكهربائي.

[1]

الشكل 1. إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية

مزايا الكوبالت في بطاريات السيارات الكهربائية:

لا جدال في دور الكوبالت في تعزيز كثافة الطاقة وضمان الاستقرار في بطاريات الليثيوم أيون. وتعتمد هذه البطاريات على حركة أيونات الليثيوم (Li+) بين الأنود والكاثود المحتوي على الكوبالت. ويخدم الكوبالت وظائف حيوية متعددة:

لتعزيز كثافة الطاقة: يساهم الكوبالت، خاصةً عند دمجه مع النيكل، في زيادة كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم أيون. وهذا يُترجم إلى نطاقات قيادة أطول وأداء أفضل للسيارات الكهربائية.

لالاستقرار وطول العمر: تشتهر الكاثودات المستندة إلى الكوبالت بثباتها وعمرها الطويل. وهذا يعني أن بطاريات السيارات الكهربائية يمكن أن تخضع للعديد من دورات الشحن والتفريغ قبل أن تتعرض لتدهور كبير في السعة.

لاستقرار الجهد: تحافظ البطاريات المحتوية على الكوبالت على استقرار الجهد الكهربائي طوال عمرها الافتراضي، وهو أمر ضروري للأداء الثابت والموثوق للسيارات الكهربائية.

لالشحن السريع: يمكن لهذه البطاريات التعامل مع معدلات شحن عالية، مما يسمح بالشحن السريع وتقليل الوقت اللازم لتجديد بطارية السيارة الكهربائية.

اقرأ المزيد:

تطور بطاريات السيارات الكهربائية: من الرصاص الحمضي إلى الليثيوم الأيوني

بطاريات الليثيوم-كبريت مقابل بطاريات الليثيوم-أيون: تحليل مقارن

مخاوف بشأن الكوبالت في بطاريات السيارات الكهربائية:

في حين أن الكوبالت يقدم فوائد لا يمكن إنكارها، إلا أنه يثير أيضًا مخاوف بيئية كبيرة ومعضلات أخلاقية واعتبارات متعلقة بالتكلفة، بما في ذلك:

لالتأثير البيئي: يتم استخراج جزء كبير من إمدادات الكوبالت في العالم في مناطق ذات لوائح بيئية متساهلة، مما يؤدي إلى تدمير الموائل والتلوث. يرتبط تعدين الكوبالت بالآثار البيئية الضارة، بما في ذلك تلوث التربة والمياه.

لالشواغل الأخلاقية: ارتبط تعدين الكوبالت، خاصة في جمهورية الكونغو الديمقراطية، بانتهاكات حقوق الإنسان وظروف العمل غير الآمنة. وهذا يثير تساؤلات أخلاقية حول مصادر الكوبالت لبطاريات السيارات الكهربائية.

لمخاطر التكلفة وسلسلة التوريد: إن الكوبالت باهظ الثمن نسبياً، ويمكن أن يكون سعره متقلباً بسبب اضطرابات سلسلة التوريد والعوامل الجيوسياسية. يمكن أن يؤثر ذلك على فعالية تكلفة إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية.

استكشاف البدائل المستدامة:

استجابةً لهذه التحديات، تعمل صناعة السيارات الكهربائية بنشاط على استكشاف تصاميم بديلة، مثل:

لكاثودات عالية النيكل: تعمل الشركات المصنعة للبطاريات على زيادة محتوى النيكل في الكاثودات لتقليل الاعتماد على الكوبالت. وتوفر الكاثودات عالية النيكل، مثل NCM و NCA، توازناً بين كثافة الطاقة والتكلفة.

لفوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4): بطاريات LiFePO4 خالية تماماً من الكوبالت ومعروفة بسلامتها وعمرها الطويل. وهي تُستخدم بشكل متزايد في السيارات الكهربائية حيث تكون السلامة والاستدامة أمرًا بالغ الأهمية.

لبطاريات الحالة الصلبة: تبرز تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة كبديل واعد. تستبدل هذه البطاريات الإلكتروليت السائل بمادة صلبة، مما يقلل أو يلغي الحاجة إلى الكوبالت ويعزز السلامة وكثافة الطاقة.

لبطاريات ليثيوم تيتانات الليثيوم (Li-Ti): تُعد بطاريات Li-Ti، وتحديداً بطاريات الليثيوم تيتانات الليثيوم، خياراً آخر خالٍ من الكوبالت. وهي معروفة بقدراتها على الشحن السريع، وعمر الدورة الطويل، والأداء الجيد في درجات الحرارة المنخفضة، وإن كانت كثافة الطاقة فيها أقل قليلاً مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون الأخرى.

لبطاريات أيونات الصوديوم: تُعد بطاريات أيونات الصوديوم بديلاً ناشئاً لا يحتوي على الكوبالت ويمكن أن يكون مناسباً لبعض التطبيقات، على الرغم من أن لها بعض المفاضلات في الأداء.

الخلاصة

خلاصة القول، إن العلاقة بين الكوبالت وبطاريات السيارات الكهربائية معقدة بالفعل، وتتسم بتوازن دقيق بين المزايا والتحديات. وبينما لعب الكوبالت دورًا حاسمًا في تشغيل ثورة السيارات الكهربائية، فإن التزام الصناعة بالاستدامة والمصادر الأخلاقية يدفع إلى استكشاف كيمياء البطاريات البديلة وممارسات إعادة التدوير. ومع استمرار الابتكار، فإن الأمل هو خلق مستقبل أنظف وبأسعار معقولة للتنقل الكهربائي.

تُعدّ Stanford Advanced Materials (SAM) مورداً موثوقاً لمواد بطاريات الليثيوم أيون. يتوفر أكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز (NCM)، وأكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والألومنيوم وأكسيد الليثيوم والكوبالت وأكسيد الليثيوم والكوبالت وفوسفات الحديد والليثيوم . إذا كنت مهتمًا، فلا تتردد في إرسال استفسار إلينا.

المرجع:

[1] ديساي، ب. (2022، 3 يناير). الشارح:تكاليف النيكل والكوبالت المستخدم في بطاريات السيارات الكهربائية. رويترز. تم الاسترجاع في 13 سبتمبر 2023، من https://www.reuters.com/business/autos-transportation/costs-nickel-cobalt-used-electric-vehicle-batteries-2022-02-03/