在經(jīng)歷了十年的成本快速下降之后，電池已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)臨界點(diǎn)。它不再僅僅是消費(fèi)產(chǎn)品，正準(zhǔn)備改變世界使用電力的方式。目前來看，鋰離子電池在可充電電池市場上的霸主地位仍未被擊破。然而，一種用于更大規(guī)模應(yīng)用的競爭性化學(xué)物質(zhì)的開發(fā)也正在加速，這并不是電動(dòng)汽車或消費(fèi)電子產(chǎn)品，而是鈉離子電池。

多年來，研究人員一直致力于開發(fā)鈉電池的可行性。隨著幾家公司開始商業(yè)化交付，這項(xiàng)技術(shù)可能終于實(shí)現(xiàn)了它的“承諾”。

2020年9月，能源部高級(jí)研究計(jì)劃署向位于加利福尼亞州圣克拉拉的Natron Energy授予 了1990萬美元，作為加速技術(shù)新項(xiàng)目的一部分，目標(biāo)是推進(jìn)其商業(yè)化工作。銷售副總裁Jack Pouchet說，這種電池目前處于小批量商業(yè)生產(chǎn)階段。Natron的第一批客戶是數(shù)據(jù)中心和電信公司。

東北大學(xué)研究教授、鋰電池咨詢公司E-KEM Sciences首席技術(shù)官K. M. Abraham表示：“從純性能的角度來看，鈉離子電池對(duì)便攜式電子產(chǎn)品或電動(dòng)汽車沒有吸引力。鋰離子電池具有比鈉離子更高的能量密度，這意味著緊湊型鋰離子電池在充電之間的運(yùn)行時(shí)間更長。”他說，到目前為止，鈉離子的能量密度大約是鋰的一半，可以達(dá)到285wh/kg。

但是鈉離子電池可以讓鋰離子在家庭可再生能源儲(chǔ)存、電網(wǎng)或數(shù)據(jù)中心備用電源等固定應(yīng)用領(lǐng)域獲得資金支持，在這些領(lǐng)域，成本比尺寸和能量密度更重要。根據(jù)現(xiàn)有資料，Abraham預(yù)測鈉離子電池的成本比鋰離子電池低10%-20%。

鈉電池最大的好處是使用豐富、廉價(jià)和良性的材料。地殼中的鈉含量是鋰的一千倍多。它也節(jié)省了提取和凈化的成本。此外，通常用于電池的金屬氧化物鈉陰極陽極是碳，就像鋰離子電池可以由大量的金屬如鐵和錳制成一樣。相比之下，鋰離子陰極使用鈷，鈷是一種地質(zhì)儲(chǔ)量有限的金屬，供應(yīng)鏈不穩(wěn)定，集中在少數(shù)國家。而其他電池，如鉛酸和鎳鎘都含有有毒金屬。Abraham說：“鈉的主要吸引力是可持續(xù)性。”

鈉電池也比鋰離子更穩(wěn)定、更安全。Pouchet表示，它們的溫度范圍更廣，不易燃，并且在任何情況下都不會(huì)發(fā)生熱失控（可能導(dǎo)致鋰離子電池著火）。

Natron是為數(shù)不多的開發(fā)和商業(yè)化鈉離子電池的公司之一。該公司正在采取一種獨(dú)特的方法，用普魯士藍(lán)（一種用于油漆和染料的顏料）制造陰極和陽極。這種低成本材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常善于吸收和釋放鈉離子，使電池能在幾分鐘內(nèi)充放電，并能迅速釋放能量。普魯士藍(lán)電極的使用壽命也比碳基和金屬基電極長，可以充電超過50,000次，Pouchet表示。

另一家領(lǐng)先的鈉離子電池公司，是總部位于英國的Faradion公司，已經(jīng)在澳大利亞和印度找到了市場。去年，該公司宣布，已收到投資集團(tuán)ICM Australia的第一份訂單，用于澳大利亞市場。在澳大利亞，住宅，商業(yè)和電網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用的電池存儲(chǔ)需求一直在增長。他們還在印度開發(fā)商用車電池。

Faradion表示，其原型電池可以提供超過140Wh/kg的能量密度。

該公司在2月底宣布，將與總部位于德克薩斯州休斯頓的能源公司Phillips 66合作，開發(fā)成本更低，性能更高的電池負(fù)極材料。

Abraham說，這種有針對(duì)性的研究正是技術(shù)所需要的。他最近在ACS Energy Letters上發(fā)表的一篇評(píng)論中指出，需要對(duì)更好的正負(fù)極材料進(jìn)行更多的研究，以生產(chǎn)出能量密度接近200Wh/kg的實(shí)用鈉離子電池。他指出，太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory），法國國家科學(xué)研究中心（French National Center for Scientific Research，CNRS）以及法國電化學(xué)儲(chǔ)能研究網(wǎng)絡(luò)等方面都在進(jìn)行其前景應(yīng)用的相關(guān)研究。

原文標(biāo)題：鈉離子電池將“瞄準(zhǔn)”大規(guī)模鋰離子電池

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