钠离子电池将“瞄准”大规模锂离子电池

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Photo: Natron Energy

在经历了十年的成本快速下降之后，电池已经达到了一个临界点。它不再仅仅是消费产品，正准备改变世界使用电力的方式。目前来看，锂离子电池在可充电电池市场上的霸主地位仍未被击破。然而，一种用于更大规模应用的竞争性化学物质的开发也正在加速，这并不是电动汽车或消费电子产品，而是钠离子电池。

多年来，研究人员一直致力于开发钠电池的可行性。随着几家公司开始商业化交付，这项技术可能终于实现了它的“承诺”。

2020年9月，能源部高级研究计划署向位于加利福尼亚州圣克拉拉的Natron Energy授予了1990万美元，作为加速技术新项目的一部分，目标是推进其商业化工作。销售副总裁Jack Pouchet说，这种电池目前处于小批量商业生产阶段。Natron的第一批客户是数据中心和电信公司。

东北大学研究教授、锂电池咨询公司E-KEM Sciences首席技术官K. M. Abraham表示：“从纯性能的角度来看，钠离子电池对便携式电子产品或电动汽车没有吸引力。锂离子电池具有比钠离子更高的能量密度，这意味着紧凑型锂离子电池在充电之间的运行时间更长。”他说，到目前为止，钠离子的能量密度大约是锂的一半，可以达到285wh/kg。

但是钠离子电池可以让锂离子在家庭可再生能源储存、电网或数据中心备用电源等固定应用领域获得资金支持，在这些领域，成本比尺寸和能量密度更重要。根据现有资料，Abraham预测钠离子电池的成本比锂离子电池低10%-20%。

钠电池最大的好处是使用丰富、廉价和良性的材料。地壳中的钠含量是锂的一千倍多。它也节省了提取和净化的成本。此外，通常用于电池的金属氧化物钠阴极阳极是碳，就像锂离子电池可以由大量的金属如铁和锰制成一样。相比之下，锂离子阴极使用钴，钴是一种地质储量有限的金属，供应链不稳定，集中在少数国家。而其他电池，如铅酸和镍镉都含有有毒金属。Abraham说：“钠的主要吸引力是可持续性。”

钠电池也比锂离子更稳定、更安全。Pouchet表示，它们的温度范围更广，不易燃，并且在任何情况下都不会发生热失控（可能导致锂离子电池着火）。

Natron是为数不多的开发和商业化钠离子电池的公司之一。该公司正在采取一种独特的方法，用普鲁士蓝（一种用于油漆和染料的颜料）制造阴极和阳极。这种低成本材料的化学结构非常善于吸收和释放钠离子，使电池能在几分钟内充放电，并能迅速释放能量。普鲁士蓝电极的使用寿命也比碳基和金属基电极长，可以充电超过50,000次，Pouchet表示。

另一家领先的钠离子电池公司，是总部位于英国的Faradion公司，已经在澳大利亚和印度找到了市场。去年，该公司宣布，已收到投资集团ICM Australia的第一份订单，用于澳大利亚市场。在澳大利亚，住宅，商业和电网规模应用的电池存储需求一直在增长。他们还在印度开发商用车电池。

Faradion表示，其原型电池可以提供超过140Wh/kg的能量密度。

该公司在2月底宣布，将与总部位于德克萨斯州休斯顿的能源公司Phillips 66合作，开发成本更低，性能更高的电池负极材料。

Abraham说，这种有针对性的研究正是技术所需要的。他最近在ACS Energy Letters上发表的一篇评论中指出，需要对更好的正负极材料进行更多的研究，以生产出能量密度接近200Wh/kg的实用钠离子电池。他指出，太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory），法国国家科学研究中心（French National Center for Scientific Research，CNRS）以及法国电化学储能研究网络等方面都在进行其前景应用的相关研究。