鈉電池對比鋰電池有哪些優(yōu)勢？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-29 11:34
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如今，許多公司正在開發(fā)鈉電池，其最終目標是取代鋰電池。法國國家科學研究中心(CNRS)最近就宣布成立了一家坐落于亞眠的創(chuàng)業(yè)公司 Tiamat，該公司將在 2020 年開發(fā)鈉電池并向市場推出。CNRS 表示，它會被設(shè)計成 18650 那樣的尺寸型號。
還有一家名為 Aquion 的美國創(chuàng)業(yè)公司，它以高容量海水電池儲存能源為核心，Bill Gates 和 Kleiner Perkins 起初為它出資 1.9 億美元。不過，這家公司隨后的發(fā)展甚至走上面臨破產(chǎn)的窘境，在 7 月份，Juline Titans LCC 以 916 萬美元將其收購。
與此同時，一些大學的研究人員現(xiàn)在正集中研究將電池中的鋰元素換成鈉元素?？茖W工作者的優(yōu)勢在于，他們可以使用大型儀器(如加速器)來研究陽極材料及其功能。
“我們可以清楚地了解鈉的實際去向——無論是在細微的原子層面(如何與其他原子結(jié)合)還是更宏觀層面——以及電極粒子吸收鈉離子時它所產(chǎn)生的變化。”斯坦福大學負責 SLAC 國家加速器實驗室的研究員Michael Toney 是其中之一。
不過，在學界和企業(yè)紛紛做出研究嘗試之際，電力公司和汽車電力系統(tǒng)制造商對鈉電池的認可度卻不高。它們更愿意堅持使用鋰電池。 “鋰離子電池技術(shù)現(xiàn)在的成本在各種市場上都非常具有競爭力，” Dosima Research 的電池專家 David Snydacker 解釋，“所以，新的鈉電池要想獲得成功，它不僅要先與傳統(tǒng)技術(shù)競爭，還必須與鋰電池競爭，這是一個很高的要求。”
鈉電池一個尚未解決的問題是找到或創(chuàng)造一個高容量陽極，即電池的負極。比較符合要求的一種材料是硬碳，它允許在原子間的空間中存儲鈉離子。“鋰離子電池使用的是石墨，但這不適用于鈉離子，”Toney 說，“但我們使用了硬碳，盡管這不是最理想的，也沒人真正了解這種材料。”
可擴展性是硬碳的一個重要特征。“我們可以重新調(diào)整不同尺寸的電池，這種電極材料的重點是其可持續(xù)性。它以生物量為基礎(chǔ)，所以如果用量更大的話，你可以物盡其用。”Lee 說道。
而為了尋求市場的認可，另一個決定因素是可以用現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)線來生產(chǎn)鈉電池。“對鈉電池的處理方式應該與鋰離子電池的非常相似。”
所以，鈉電池可能會從現(xiàn)有生產(chǎn)線中誕生，但問題是要等到什么時候?一種設(shè)想是鈉電池實際上是很經(jīng)濟性的，但這種觀點現(xiàn)在依然沒有定論。
與 Tiamat 相關(guān)的研究人員雖然已經(jīng)將 2020 年作為投入生產(chǎn)的最后期限，但他們是否會達到這一目標還有待觀察。 法國亞眠大學的 Mathieu Morcrette 坦承，“還有很多工作要做，我們還沒有達到目標。”
另外，鈉比鋰更便宜的說法在一開始至少也并不成立。 Snydacker 表示：“鈉的價格確實比鋰更便宜，在不使用鋰的情況下，成本可以降低 5% 到 10%，但是其余的成本將會相當昂貴。但他對未來是樂觀的。在自然界中，鈉并不是獨立存在的，而是通常以鹽的形式呈現(xiàn)出來，最常見的是NaxMO2（M一般是鈷、鎳、鐵、錳、釩，或這幾種元素的混合）。因此，對電池成本影響最大的是材料中最貴（單價x含量）的元素，而不一定是價格較低的鈉。
同時，制造鈉離子電池的電極材料也都不是天然存在的，必須靠后期提煉、加工和合成。因此，加工成本也是影響鈉離子電池價格的重要因素。
目前，鋰離子電池的規(guī)模已經(jīng)十分龐大。亞化咨詢的研究表明， 2017年，中國鋰離子電池產(chǎn)量約為88.7GWh。那么，鈉離子電池是否能實現(xiàn)類似的規(guī)?；l(fā)展呢？
我認為，在可預見的時期內(nèi)，很難。
第一，鈉離子電池沒有價格優(yōu)勢。雖然鈉離子的成本低于鋰離子，但在短期內(nèi)，鈉離子電池不太可能撼動已經(jīng)形成規(guī)模的鋰離子電池，有限的市場需求不足以拉低鈉離子電池的價格。
第二，鈉離子電池的安全性較差。現(xiàn)階段，鈉離子電池比鋰離子電池的循環(huán)壽命短，因此故障率較高、安全系數(shù)也比較低。再加上其標稱容量過高，一旦發(fā)生事故，后果更加嚴重。
第三，鈉離子電池的回收難度大。如果鈉離子電池的材料成本低廉的假設(shè)成立，那么，材料可回收殘值也很低，這樣一來，就無法形成自循環(huán)的商業(yè)模式，而必須由額外的成本來驅(qū)動。
當然，鈉離子電池的競爭力較弱，并不意味著我們要放棄研發(fā)。畢竟，新電化學體系的探索，是從0到1的突破，比在原體系去修正結(jié)構(gòu)的意義更大。研究人員遵循科學的客觀規(guī)律，穩(wěn)步推進，鈉離子電池也有希望獲得重大突破。
但是，如果忽視客觀規(guī)律，單純?yōu)樽分鹄麧?，用商業(yè)化和資本化方式運作鈉離子電池系統(tǒng)，勢必對技術(shù)本身造成負擔。就像幼年的孩子被寄予過高期望，反倒會影響他未來的發(fā)展。
