隨著全球能源轉型的大趨勢,新一代儲能技術備受關注。在諸多選擇中,鈉離子電池憑藉其成本低、環保、安全等優勢,正日益崛起,有望對主導地位多年的鋰離子電池構成挑戰。
鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似,都是依靠正負極材料間離子的反復遷移來實現充放電。與鋰離子相比,鈉的資源儲量更加豐富,開採和提煉成本相對較低。同時,鈉離子電池可以使用鋁作為負極集流體,進一步降低了成本。這些優勢使鈉離子電池在固定儲能和微型電動車等領域具有明顯優勢。
鈉離子電池性能持續提升
在正極材料方面,研究人員推出了多種新型選擇。其中,普魯士藍類材料因自身擁有開放的三維離子通道而備受關注,通過引入"高熵"效應,可大幅提升其結構穩定性。與此同時,聚陰離子化合物和層狀過渡金屬氧化物也展現出不俗的性能。
值得注意的是,在鈉離子電池中,陽極材料往往成本最高。目前主流的硬碳陽極雖然技術較為成熟,但供應鏈尚未完全建立,價格相對偏高。這在一定程度上阻礙了鈉電池的成本優勢發揮。
隨著鈉離子電池技術的不斷進步,其性能指標也在逐步提升。以瑞典電池新創Northvolt推出的160Wh/kg鈉電池為例,能量密度已可媲美主流的磷酸鐵鋰(LFP)電池。不過,相比鋰離子電池,鈉電池的循環壽命仍略有不足。
鈉離子電池優缺點:
優點:
成本較低: 鈉資源儲量豐富,開採成本較低;可使用鋁代替鋰電池中的昂貴銅箔。
環保性佳: 製造過程碳排放較低,不需使用石墨等高耗能材料。
安全穩定: 可在較寬溫度範圍(-20℃~80℃)下工作,火災風險較低。
充放電快: 鈉離子電池的功率密度高,可實現快充。
缺點:
能量密度略低: 目前約130-160Wh/kg,仍低於主流鋰電池。
循環壽命較短: 100-1000次循環,短於鋰電池。
陽極材料成本偏高: 硬碳陽極供應鏈不健全,價格相對較高。
產業巨頭紛紛布局鈉電池:
鑑於鈉離子電池的發展潛力,全球各大電池生產商均已開始布局這一領域。中國電池巨頭比亞迪就宣布在中國徐州投資100億人民幣,興建年產能30GWh的首座鈉離子電池廠,成為全球最大的微型車鈉電系統商。比亞迪是透過子公司 FinDreams（弗迪電池），與淮海控股集團合作，搭配徐州經濟技術開發區，聯手促成這個耗資 100 億人民幣的重量級建設，預計年產能可達 30GWh，將成為全球最大的微型車鈉電系統商。
從大戰略布局來看，比亞迪是希望量產性能較次一級的鈉離子電池，供應給微型電動車以及電動腳踏車，藉此釋放更多鋰電池產能，讓電動車可以使用。以目前的技術，鈉離子電池的能量密度仍然低於磷酸鐵鋰電池（LFP），對於一般乘用電動車來說，會略顯不足，但用在更低價的產品上，就適得其所。中國另一家領先企業寧德時代也已與奇瑞汽車合作,推出了能量密度達160Wh/kg的鈉電池。
除了汽車領域,鈉電池在儲能領域也大有可為。據報導,瑞典Northvolt公司已率先推出160Wh/kg的鈉離子電池,並計劃將其應用於下一代儲能設備。同時,印度信實集團旗下的Faradion公司也計劃在印度建設兆瓦級的鈉電池工廠。
除了業內巨頭,新興企業也紛紛加入鈉電池賽道。KPIT、Tiamat等公司都在加快鈉電池商業化進程,不斷優化能量密度和循環壽命。美國Natron Energy則計劃在密歇根州建立600MW的鈉電池生產線。
產業加速布局 供應鏈亟待建立
鈉離子電池之所以備受關注,除了其自身的技術優勢外,還在於其有望成為鋰電池的有力替代。近年來,鋰礦開採成本不斷攀升,加之地緣政治因素的影響,鋰電池產業面臨不少挑戰。相比之下,鈉資源較為豐富且分佈廣泛,這使得鈉電池具有更強的成本競爭力。
不過,要真正實現鈉電池的商業化應用,仍需要解決一系列問題。首先是要進一步提升鈉電池的性能指標,使其在能量密度、循環壽命等方面更接近甚至超越主流鋰電池。同時,還需要建立完整的鈉電池產業鏈,確保原材料供應和生產製造的穩定性。
目前,鈉電池行業仍高度集中於中國。據統計,截至2023年,中國佔全球99.4%的鈉電池產能。而歐洲和北美等地區則剛剛起步,面臨著供應鏈本土化的挑戰。這意味著,未來幾年內,全球各地區在鈉電池領域的競爭必將升級。
綜合來看,鈉離子電池作為一項具有廣闊前景的技術,正處於從實驗室向產業化邁進的關鍵時期。近年來,各路資本和產業巨頭的密集布局,無疑為這一新興領域注入了強勁動力。但要在未來的競爭中脫穎而出,還需要相關企業和研究機構通力合作,持續推動關鍵技術突破、產業鏈完善,力爭實現與鋰電池的全面競爭。
參考文獻及圖片來源：
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