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钠电池尽占低成本、长寿命优势,何时有量产的一天?
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美国能源部委外经营的布鲁克黑文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)今年7月带来钠电池储能技术的突破,列入美国制造周的欢庆名单,该突破对美国的风能和太阳能行业来说是个好消息,也可能让锂离子电池的粉丝感到一阵寒意。

钠盐是普通食盐中两种主要成分之一,科学家喜欢钠便宜、丰富、无毒等优点,但钠离子电池为何无法商业化量产?其中一个致命伤即钠电池阴极由分层排列的金属和氧离子组成,当暴露于空气时,金属会被氧化进而降低电池性能,甚至完全失效,如能克服这个重大缺陷,钠电池将有机会大放异彩。

布鲁克黑文国家实验室与中国科学院合作的突破性技术在于调整阴极结构,透过引入不同材料让电池性能趋于稳定,据实验结果显示,电池可稳定暴露在空气的时间延长了20倍,500次充放电循环后容量保持率(capacity retention)增加了9倍,浸泡在水中也不会受到损害。

不过这个实验室样品并未到可量产的地步,反倒是法国国家科学研究中心(CNRS)成立的新创公司Tiamat在上月底宣布,他们已经预计在2020年前量产可充电的18650型钠离子电池(是否会达到目标还有待观察)。

第一款18650型钠离子电池原型在2015年11月由法国几所大学的研究人员设计出来,这是最普遍使用的圆柱型锂离子电池规格,直径1.8公分、长6.5公分,Tiamat用仅半年时间发展这项技术并实现规模化生产。

Tiamat强调,钠电池的充放电速速率更好(速度提高10倍)、预期寿命更长(钠离子电池寿命超过10年,而锂离子电池使用寿命只有3~4年),如果有钠离子电池技术,一辆200公里里程数的电动车可以在几分钟内就充饱电。

更重要的是,钠在蕴藏量与价格方面狠狠鄙视了锂一番。钠本地壳中的含量为2.6%,而锂含量仅0.06%;钠可从海水提取,但锂资源被全球少数几个地区掌握(阿根廷、智利和玻利维亚占全球三分之二的锂);价格方面,钠每吨约150美元,而锂每吨高达15,000美元。

但,由于钠电池的能量密度低于锂电池,会导致最后可行性的钠电池成品重量变重、需要更多材料制造,成本反而又拉高。《ieee spectrum》报导,专注研发锂离子电池的材料专 David Snydacker说,钠电池的性能会差一些,无法与过去几十年来的锂电池技术完美结合,并且钠电池还有一个尚未解决的问题,是找到或创造高容量的阳极(即电池负极)。

所以,尽管钠离子电池可能有一天会壮大,但那天何时会到来?我们到现在都还不知道。

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2017/12/26
 
 
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