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電動車的時代已經來臨。今（2021）年上半年，美國汽車龍頭通用汽車公司（General Motors,GM）宣布將以2035年停止銷售汽車和柴油車為目標。而總部位於德國的奧迪（Audi）也計畫於2033年停止生產汽車，不僅如此，全球許多汽車公司也宣布類似的目標。

儘管未來趨勢走向由電動車主導車用市場，但是材料科學家正面臨兩大挑戰。一是如何減少電池中稀缺、昂貴金屬的使用，因為它們的開採會帶來嚴酷的環境和社會成本；另一個則是提高電池回收率，使廢棄舊電池中的有價金屬能有效回收再利用。雖然電池類型和數量會因車輛型號而異，但根據美國阿岡國家實驗研究室（Argonne National Laboratory）的數據顯示，一般來說一個汽車鋰離子電池（通稱NMC532）可能包含約8公斤的鋰（lithium, Li）、35公斤的鎳（nickel, Ni）、20公斤的錳（manganese, Mn）、14公斤的鈷（Cobalt, Co）。

近年來因為開採技術越趨純熟，再加上全球鋰產量多，使得鋰離子電池成本急劇下降。倫敦彭博新能源財經 （Bloomberg New Energy Finance, BNEF）預計至2023年，鋰離子電池的成本將比現在下降約20％。然而，隨著汽車電動化，鋰產量勢必要增加才能滿足市場需求。BNEF的分析師安波福（Kwasi Ampofo）也預估在未來10年間，鋰的需求將增長7倍，將可能導致鋰的暫時性短缺和價格波動。此外，由於目前鋰礦開採需要大量能源將鋰從岩石中提取出來，或從鹽水中萃取出鋰，因此增加鋰礦開採也將帶來更多的環境問題。

另外，研究人員也擔心電動車電池中的主要成分鎳和鈷，除了稀少性外，還有重金屬污染等問題。全球2／3的鈷產自剛果民主共和國，但當地的開採環境不佳，由於鈷是有毒的重金屬，若處理不當，可能對童工和工人的健康產生危害。因此，為了解決原材料問題，許多實驗室一直在嘗試使用低鈷或無鈷的電池。德克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas in Austin）的材料科學家曼蒂拉姆（Arumugam Manthiram）表示，完全不使用鈷會降低電池的能量，因為它會改變晶體結構及與鋰結合的緊密程度。

鎳雖然不如鈷昂貴，但也不便宜。因此科學家也想減少鎳的使用。美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL）的材料科學家塞德（Gerbrand Ceder）表示，若要同時去除電池中的鈷和鎳，需要轉換為完全不同的晶體結構，其中一種方法是採用立方晶體，且結構類似於氯化鈉的無序岩鹽（disordered rock salts）材料。

在提高電池回收率方面，現階段除了稀有金屬，開採一般金屬的成本比回收得更低，因此如何吸引業者使用回收電池再行製造，也是電動車發展的關鍵。儘管歐盟委員會（The European Commission）已提出電池回收的口號，表示將從2023年開始逐步實施，且美國總統拜登（Joe Biden）也預計花費數十億美元著手培育國內電動車電池製造業回收技術，但在各國回收技術尚未純熟之下，如何降低成本使回收具競爭力仍是一大考驗。

新聞來源
Davide Castelvecchi, Electric cars and batteries: how will the world produce enough?, Nature,2021/8/17.