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钠离子电池迎来“高光时刻”,向产业化更进一步

2024-04-01 14:57:38 来源:大众日报
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简介:钠离子电池作为目前最有潜力取代锂电池的能源存储技术之一,其优势在于钠资源丰富、成本低廉且对环境友好。然而,长期以来,由于技术难题和市场需求不明确等因素,钠离子电池一直处于锂电池的阴影之下。今年1月,来自肥城市的山东零壹肆先进材料有限公司正式向用户交付全球首款普鲁士蓝基钠离子电池,钠离子电池终于迎来了“高光时刻”,向产业化迈出重要一步。
钠离子电池作为目前最有潜力取代锂电池的能源存储技术之一,其优势在于钠资源丰富、成本低廉且对环境友好。然而,长期以来,由于技术难题和市场需求不明确等因素,钠离子电池一直处于锂电池的阴影之下。今年1月,来自肥城市的山东零壹肆先进材料有限公司正式向用户交付全球首款普鲁士蓝基钠离子电池,钠离子电池终于迎来了“高光时刻”,向产业化迈出重要一步。

据报道中零壹肆公司董事长宋杰表示:“钠离子电池有很多优势,首先就是低成本,其次是它能够大功率充放电,在零下50℃它都可以工作。”零壹肆公司专注于钠离子电池核心材料与电芯研发、制造与应用,依托原创性的先进低能耗、低成本的普鲁士蓝、白类正极材料规模化量产技术,实现了从核心材料到电芯的一体化低碳、绿色制造。

对此,笔者咨询中科院化学所研究员、博士生导师赵永生,他对此表示:一是目前钠离子电池的性能,还普遍低于锂电池性能;二是用钠离子电池确实有优势,因为储量丰富,如果产业化成功推广,电池生产成本会大大降低,而且现在已有一批企业在做。三是钠离子电池也有缺点需要克服,和锂离子电池相比,同样的能量密度,钠离子电池需要的体积要大一些,当然,体积问题目前也正在想办法解决。

钠和锂同属于元素周期表的ⅠA族的碱金属元素,具有相似的化学性质,但也有一些不同的特点。决定元素化学性质的主要因素是最外层电子数,钠和锂的最外层电子数都是1,所以钠和锂化学性质相似,都具有较强的金属性,但是钠原子的电子层数比锂原子电子层数多一层,半径较大,因此钠比锂更易失去电子,金属性更强。这也决定了储藏相同的能量,钠离子电池的“块头”必须相对锂电池要大。

由于钠离子的质量和半径较大,在储钠材料中的迁移速度较慢,不利于钠离子电池倍率性能的提升,也导致钠离子电池的质量/体积能量密度不如锂离子电池。比如,宁德时代发布的麒麟电池(锂离子电池)的能量密度可达255Wh/kg,而钠离子电池的能量密度只有160Wh/kg。两者的巨大差距,一方面是因为钠离子电池的技术还不如锂离子电池成熟,另一方面也是因为本身的性质决定了在能量密度方面,钠离子电池的天花板会低于锂离子电池。

北京富百科生物技术有限公司董事长杜池敏,曾在山东聊城投资。他是中国科学院与香港大学联合培养博士,为国内首位从事生物荧光探针回国创业的科学家,常年从事有关化学产品研究开发,他接受采访时表示:钠离子电池有自己的优势,但要大规模代替锂电池,还有一段距离要走。因为钠离子电池的主要需求来源于汽车和电动自行车,但体积过大过重,就会影响速度并占用过多空间。

钠电池缺点明显,但优势也明显,最大的优势,就是钠资源量比锂资源丰富得多,获取方式也容易得多。

钠是地球上最丰富的元素之一,钠的地壳丰度远高于锂。据公开数据,我国锂资源量占全球总量的5.7%,可开采资源少,我国锂资源对外依存度高达74.5%,预计2025年我国锂资源自给率仅9.6%。相比之下,我国钠资源储量相当丰富。据中国地质调查局数据,我国钠储量为1500万吨,主要分布在云南、四川、辽宁等地。根据2019年数据,中国钠盐储量14701.3亿吨,其中,光盐湖就占了很大比重,而且海洋中也广泛存在,海水制钠也十分方便。我国钠资源开采水平世界领先,2020年全世界出产钠16.05万吨左右,中国出产占82.55%。据2021年数据,山东是中国原盐产量最多的地区,以742.77万吨占全国总产量的14.4%。

正因为钠资源如此丰富,加上和锂相似的化学性质,成为推动钠电池研发的重要动力。此外,钠电池相比锂电池,也有其它方面的优点。锂电池自燃及爆燃事故多发是因为锂离子电池有过热或热失控的风险,这会导致电池故障、起火甚至爆炸。相对来说,钠离子电池更稳定和安全。钠离子电池充电速度非常快,宁德时代开发的第一代钠离子电池电芯在常温下充电15分钟,电量就可以达到80%,具备了快充能力。此外,钠电池工作温度的跨度也非常之大,-70℃—100℃都能适用,而且在-20℃的低温环境中,也能拥有90%以上的放电保持率。

通过对比分析,钠电池和锂电池各有利弊。如果有一天钠电池能够解决了体积大、重量大的弊端,其产业发展前景无疑会非常广阔。此次交付的全球首款普鲁士蓝基钠离子电池引起了广泛的关注和赞誉。业内人士表示,这标志着中国在钠离子电池领域取得了重要突破,并为未来的产业化进程打下了坚实的基础。同时,这也意味着钠离子电池有望成为锂电池的有力竞争对手。随着市场需求的不断增长和技术的进一步改进,钠离子电池有望在未来几年内迅速发展起来,并逐渐走向商业化。我们有理由相信,钠离子电池将为未来能源领域带来更多的创新和突破。
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