當前，鋰離子電池為80億部手機、數(shù)億臺筆記本電腦，以及蓬勃發(fā)展的電動汽車和儲能設施注入不竭動力。然而，它正迎來一位強大的挑戰(zhàn)者——鈉離子電池。
鈉離子電池已快步邁入大規(guī)模生產(chǎn)階段，有望應用于電動汽車和儲能等領域，它比鋰離子電池更便宜、更安全、更環(huán)保。今年4月，全球最大的電池制造商——中國寧德時代新能源科技股份有限公司（以下簡稱“寧德時代”）宣布，將在今年底前啟動鈉離子電池的大規(guī)模量產(chǎn)。
英國《自然》網(wǎng)站在近日的報道中指出，今年或許就是鈉離子電池時代的開啟之年。不過，也有專家提醒，要讓鈉離子電池進一步走向?qū)嵱秒A段，仍需啃下能量密度這塊硬骨頭。
極寒不掉鏈
鋰離子電池憑借高能量密度和輕量化設計，廣泛應用于電動汽車。但材料成本高企、供應鏈緊繃和安全隱患，促使制造商另辟蹊徑。
鈉幾乎取之不竭，在地殼中的豐度是鋰的1000倍以上，在海洋中更高達6萬倍。它可從尋常的巖鹽和海水中提取，成本更低、來源更廣。寧德時代預計，到2026年底，鈉離子電池成本將與磷酸鐵鋰電池持平。分析師預測，到2027年底，鈉電技術的成本優(yōu)勢將更加明顯。
低溫向來是鋰離子電池的軟肋。據(jù)EV Talks官網(wǎng)報道，冰凍環(huán)境下，鋰離子電解液效率驟降，充電變慢、可用容量打折。鈉離子技術卻憑借出色的低溫性能破解了這一難題。例如，寧德時代開發(fā)的Naxtra鈉電池系統(tǒng)，在低至-40℃的極寒環(huán)境中仍能保持近90%的容量。
這讓鈉離子電池對穿梭于寒冷地帶的電動汽車具有格外誘惑力。今年2月，中國長安汽車與寧德時代合作，推出搭載鈉離子電池的車型，率先落地于長安啟源A06鈉電版，其核心賣點正是“極寒天氣不掉鏈子”，同時成本更低。該車型計劃在今年晚些時候正式上市。
在耐用性上，鈉離子電池同樣進步神速。新一代鈉電池組在容量衰減至80%之前，已能承受超過一萬次完整充放電循環(huán)。對電動汽車而言，這意味著可行駛數(shù)百萬公里。許多情況下，電池組的壽命甚至比整車更長，從而大幅拉低更換成本，提升長期持有價值。
儲能新基石
更低的成本、更高的安全性，以及超長的服役壽命，也讓電網(wǎng)儲能成為鈉離子電池最佳的用武之地。據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站報道，中國、德國和美國已落成少數(shù)幾座鈉離子電網(wǎng)儲能電站。這類電站利用鈉離子電池打造大型儲能設施，旨在平抑可再生能源并網(wǎng)的波動，并擺脫對鋰資源的依賴。目前該技術已步入商業(yè)化部署階段。
寧德時代已推出專為公用事業(yè)級應用打造的鈉基儲能平臺，系統(tǒng)壽命長達25—30年。
今年6月，美國最大汽車制造商通用汽車宣布與美國鈉離子電池儲能系統(tǒng)提供商Peak Energy達成戰(zhàn)略合作，將聯(lián)合開發(fā)專為電網(wǎng)級儲能設計的下一代鈉離子電池系統(tǒng)。這既是通用汽車首次大規(guī)模進軍儲能電池領域，也是美國車企在鈉電路線上邁出的關鍵一步。
7月8日，Peak Energy宣布將在加州薩克拉門托興建美國首座電網(wǎng)級鈉離子儲能系統(tǒng)專用工廠，總投資最高可達7100萬美元。該工廠年產(chǎn)能將達4吉瓦時，足以滿足近400萬戶家庭的年用電需求。此外，Peak Energy還拓展出新的應用場景，向數(shù)據(jù)中心出售鈉離子電池，在電價低谷時儲電。
沖刺能量密度
與此同時，世界各地的研究者正奮力提升鈉離子電池的能量密度，力爭縮小其與鋰離子電池的差距。寧德時代宣布，其面向大眾市場的鈉離子電池能量密度已達175瓦時/千克，正在研發(fā)的新技術有望將其推高至200瓦時/千克。這意味著鈉離子電池在能量密度上已與磷酸鐵鋰電池比肩，不過仍只及先進鋰離子電池的2/3左右。
“低成本地球儲量豐富的鈉離子存儲聯(lián)盟”領導人、電化學家溫克特·斯里尼瓦森認為，鈉離子電池潛力極大，其中一些方案在理論上可與鋰離子電池一決高下。他尤為看好含有鎳氧化物和錳氧化物的鈉離子電池。這類材料擁有與鋰離子電池關鍵三元正極鎳鈷錳酸鋰相似的層狀結構，卻比普魯士白等材料更致密、體積更小。雖然它們?nèi)噪x不開鎳和錳，但用量低于常見的鋰離子電池，例如鎳的比例可從33%降至25%。
新加坡南洋理工大學電池專家孟穎則表示，設計革新同樣能大幅提升鈉離子電池的儲電能力。其中一個大膽的構想是完全拋棄負極，讓鈉在充電時直接以金屬單質(zhì)沉積，而非以離子形態(tài)棲身于海綿狀的碳負極之中。這種“無負極”設計在一次電池中很普遍，也長期被視作提升鋰離子電池容量的妙策，卻因充放電時鋰枝晶的生長容易引發(fā)短路而屢屢受挫。不過，孟穎的研究顯示，鈉形成的晶體很可能具備良好的可逆性。
研究認為，未來的能源市場不會仰賴單一的電池種類。鋰電池將繼續(xù)為追求極致續(xù)航和緊湊設計的高端電動汽車提供動力，而鈉離子電池也將迅速成為經(jīng)濟型電動汽車、城市出行、可再生能源儲存和極端天氣應用的首選方案。隨著規(guī)模化生產(chǎn)持續(xù)推進，鈉離子電池將成為構筑更清潔、更經(jīng)濟、更具韌性的能源生態(tài)系統(tǒng)的關鍵引擎，重塑電動汽車與全球能源基礎設施的版圖。
