亚博APP官网下载:鈉電池會取代鋰電池嗎?

日期:2019-04-09 19:56:48 作者:亚博APP官方下载

鈉電池會取代鋰電池嗎? 亚博APP备用 來源:鈉離子電池 更新時間:2019-01-15 13:15:41 [我要投稿]

  時代永遠在變,浪奔浪流,大浪淘沙。

  當數碼相機成熟的時候,做相機膠卷的柯達被淘汰瞭。

  當智能手機成熟的時候,做傳統手機的諾基亞也被時代淘汰瞭。

  那麼,問題來瞭,鋰電池也會被時代淘汰嗎?要回答這個問題,還需要看看鋰電池的競爭對手鈉電池到底行不行。

  鋰電池的現狀

  自從40年前,約翰. 古迪納夫(John B Goodenough)發明鋰電池以來,鋰電池變得越來越重要,它已經成為智能手機與電動汽車的標配。在國內也湧現瞭很多與鋰相關的明星企業,比如做鋰電池的寧德時代,比如提供鋰礦資源的贛鋒鋰業。

  但是鋰資源在地球上十分稀少,在未來,鋰資源也面臨著像石油資源一樣的枯竭危險。

  而且提取鋰的工藝也比較復雜,從鹽湖裡提取鋰,需要用到萃取或者電滲析膜分離等技術,工藝繁瑣而且成本較高。

  從1980年出現鈷酸鋰電池技術,到1982年出現錳酸鋰技術,到1991年索尼推出第一款商用鋰電池,再到 1997年提出磷酸鐵鋰技術,此後的20年再沒有新的鋰電技術出現,鋰電池本身也開始面臨著增長的極限,尤其是使用壽命與能量密度的提高越來越困難,所以尋找新的替代技術有瞭天然的需求。

  有沒有鋰電池替代產品呢?

  也許是有的,那就是鈉離子電池。

  鈉離子電池為什麼有可能取代鋰電池?

  鈉是地球上僅次於鋰的第二輕的金屬元素,從元素周期表中來看,鈉與鋰屬於同一族元素,它們的化學性質相似,因此理論上鈉也可以像鋰一樣用來做電池。當然瞭,鈉的原子半徑比鋰要大很多,因為鈉原子比鋰原子要多8個電子,所以自然長得很胖。一旦長胖,就會有很多麻煩,比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中,而且它比鋰要重很多,使得單位質量的電池儲能就要比鋰少。

  但是,鈉有一個優點——鈉元素在地球上的含量非常高,它在地球上的含量是鋰的幾千倍。我們吃的食鹽裡就有大量的鈉,海水中也有非常多的鈉。正因為含量十分豐富,所以鈉比鋰要便宜很多。在市場上,作為鋰原料的碳酸鋰價格每噸需要幾萬元;而作為鈉原料的氯化鈉的價格每噸隻要幾千元。所以,作為電池來說,鈉電池與鋰電池相比的一個突出優點就是便宜,這對於產業化來說是一個非常核心的優勢。因為產業界最關心的是成本。

  當然,成本優勢不等於技術優勢,關鍵還要看鈉是不是真的可以做電池。電池的正極材料、負極材料、電解液是三個基本的組成部分,這些對鈉電池來說都沒有原則性的困難。所以鈉電池是可以存在的。以鈉離子電池的負極材料為例,可以做負極的材料有很多種亚博APP官方网址,研究的比較多的主要是硬碳材料。雖然硬碳的儲鈉機理目前還沒有定論,而且不同的人做出的電池負極性能差異比較大,但這隻是工藝問題,總有一天能做到標準化的。

  實際上,鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池沒有太大的差別,利用的是鈉離子在正負極之間嵌脫過程實現充放電。充電時,鈉離子從正極脫出經過電解質嵌入負極,同時電子補償電荷經外電路供給到負極,保證正負極電荷平衡。放電時則相反,鈉離子從負極脫嵌,經過電解質嵌入正極。在正常的充放電情況下,鈉離子在正負極間的嵌入脫出不應該破壞電極材料的基本化學結構(當然在實際情況下可能會產生一定的記憶效應,也可能導致電極材料的老化)。

  那麼,鈉離子電池有技術優勢嗎?有的人宣稱在原理上,鈉離子電池的充電時間亚博APP官方下载可以縮短到鋰離子電池的1/5——雖然目前這方面的公開數據並不是很充分,於是隻能說這是潛在的優點。也有相關資料宣稱,鈉離子電池壽命超過10年,而通常鋰離子電池使用壽命隻有3-4年,不過對於這一點是存疑的,據矽谷動力君調研,鈉離子電池的主要問題正是循環壽命不高,所以這是一個爭議點。

  中國首輛鈉離子電池低速電動車已經問世

  目前有定論的是,鈉離子電池有成本低的優點,其他的技術優勢則不太明顯。那麼這一領域目前的研發情況又是怎麼樣的呢?

  作為一個有示范性意義的項目,2018年6月,中國首輛鈉離子電池低速電動車在中國科學院物理研究所園區內示范演示——請註意,這裡的關鍵詞是“低速”。該輛低速電動汽車是由依托物理所鈉離子電池專利技術成立的中科海鈉科技公司推出的。在2017年,中國科學院物理研究所就以鈉離子電池技術相關專利出資成立瞭中科海鈉科技有限責任公司,中國科學院物理研究所陳立泉院士,胡勇勝研究員為技術帶頭人。隨後,中科海鈉公司在江蘇溧陽準備建立產業化基地,加速推進鈉離子電池商業化進程。

  但是,據矽谷動力君瞭解,目前鈉離子電池的能量密度隻能達到120瓦時/公斤。所以,在能量密度這一技術指標上,鈉離子電池還不能與鋰離子電池相提並論,因為鋰電池的能量密度300瓦時/公斤以上。

  從能量密度的角度來說,現在的鈉離子電池隻能達到鋰電池的一半以下,因此鈉離子電池目前隻能用在低速電動車、電動船、傢庭儲能等對能量密度要求較低的領域,目前還不能用鈉電池做出高速電動汽車。用鈉電池做電動自行車是比較合適的,比如中國長城旗下公司研發的鈉離子電池組實現瞭電動自行車上的示范應用。

  中國鈉離子電池產業現狀

  中國科學院物理所參與的鈉離子電動車隻是一個演示性的項目。

  但鈉電池是一個新興的產業,它可能還需要更多的研發才能綻放出時間的玫瑰。在目前的中國,鈉電池的產業化的步伐正在加速。2019年1月,位於鞍山的遼寧星空鈉電電池有限公司自主研發的鈉離子電池近日進入量產階段,世界上首條鈉離子電池生產線投入運行,預計規模化生產後年產值超過100億元。

  除瞭企業界的努力,在學術界也還有很多研究團隊在致力於鈉電池的研發。比如南京理工大學夏暉教授在鈉電池的錳基正極材料研究方面上取得瞭進展,相關成果發表在《自然·通訊》上。夏暉教授的研究團隊找到的這種正極材料制成的鈉電池電極比容量達到211.9毫安時每克,而目前市面上的鋰電池正極材料比容量大約為140毫安時每克。不過在矽谷動力君看來,學院派對鈉離子電池的研究主要是對各種水系電解質、有機系電解質和固態電解質以及相應的不同的正負極材料做排列組合,這些排列組合總可以做出比較高的比容量,但對產業界來說,核心問題還不是比容量的問題,核心問題是電池的循環壽命——也就是說這個電池能用多長的時間,能充電放電多少次,這個才是產業界最關心的。

  所以,從產業情況來看,目前鈉電池的產業化還停留在初級階段,很多研究成果隻是在高校與研究所流傳,離真正落地還需要一定的時間——甚至有研究人員表示,在地球上的鋰儲量用完之前,鈉離子電池根本沒有機會。不過在矽谷動力君看來,鈉電池也可能像人工智能技術一樣,一開始可能並不被人看好,隻能在學院派裡流傳,但也許有一天會發生突變,迅速落地在產業界。這是很有可能的,所以鈉電池實際上值得有前瞻思維的企業傢與投資者高度關註。

  鈉離子電池是未來儲能電池的重要發展方向之一。隨著鈉離子研發技術的不斷進步,鈉離子電池的商業化進程會不斷加快,也許提前佈局這一領域有望在新能源電池領域搶得先機。當然現在說鈉離子電池取代鋰電池似乎為時尚早。

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