原文標(biāo)題：《還只知道鋰離子？鈉離子電池已經(jīng)來(lái)了！》
你是否曾經(jīng)想過(guò)，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的食鹽，有一天會(huì)成為推動(dòng)科技進(jìn)步的關(guān)鍵元素？隨著科技的發(fā)展，一種新型電池 —— 鈉離子電池，正在逐漸進(jìn)入我們的視野。那么，鈉離子電池究竟是什么？它又將如何改變我們的生活呢？
1、鈉離子電池是什么？
鈉離子電池是一種使用鈉離子作為電荷載體的可充電電池。該電池主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，包括正極、負(fù)極、電解液，隔膜、集流體五個(gè)部分。與我們熟知的鋰離子電池相比，鈉離子電池的主要區(qū)別在于其使用鈉元素而非鋰元素作為主要活性物質(zhì)。
2、鈉離子電池的發(fā)展背景
為什么鈉離子電池發(fā)展突飛猛進(jìn)？我們從兩個(gè)方面加以分析。
1.鋰離子電池發(fā)展存在的主要矛盾
我國(guó)“2060”碳中和目標(biāo)，促使新能源產(chǎn)業(yè)得到大力發(fā)展。鋰離子電池得到成熟應(yīng)用。全球鋰資源需求大增。導(dǎo)致鋰供給不足。鋰比較稀有，而且只在少數(shù)國(guó)家開(kāi)采。從全球的范圍看，鋰資源短缺的趨勢(shì)愈發(fā)明顯。
鋰是揮發(fā)性金屬，易燃或爆炸。鋰離子電池存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。
2. 鈉離子電池展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)
鈉相對(duì)穩(wěn)定，制造更安全，回收更安全。
鈉資源豐富，開(kāi)采更容易，比鋰便宜得多。鈉在任何有海水或鹽礦的地方都有可能被發(fā)現(xiàn)。
3、鈉離子電池的工作原理與分類
鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似，均是“搖椅式”二次電池，差別只在于利用元素周期表同組，化學(xué)特性相近的鈉取代鋰。實(shí)際工作場(chǎng)景中，鈉離子電池的工作原理參見(jiàn)下表。
| 狀態(tài) | 說(shuō)明 | 電流產(chǎn)生 |
|---|---|---|
| 充電狀態(tài) | 鈉離子（Na+）從正極材料脫嵌，經(jīng)過(guò)電解液和隔膜嵌入到負(fù)極，使正極處于高電勢(shì)的貧鈉態(tài)，負(fù)極處于低電勢(shì)的富鈉態(tài)。電子的補(bǔ)償電荷經(jīng)過(guò)外電路供給到負(fù)極，使得正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，保證正 / 負(fù)極電荷平衡。 | 充電時(shí)鈉離子（Na+）移動(dòng)到負(fù)極，放電時(shí)鈉離子（Na+）移動(dòng)到正極。鈉離子（Na+）的來(lái)回移動(dòng)類似“搖椅”。這種移動(dòng)過(guò)程使得電子在電路中流動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。 |
| 放電狀態(tài) | 鈉離子（Na+）從負(fù)極材料中脫嵌，經(jīng)過(guò)電解液和隔膜嵌入到正極，使正極處于富鈉態(tài)，負(fù)極處于貧鈉態(tài)。外電路中電子也隨之移動(dòng)來(lái)保持電荷平衡。 |
鈉離子分類參見(jiàn)下表。
分類 | 材料體系 |
|---|---|
鈉硫電池 | 金屬鈉作為負(fù)極，非金屬硫作為正極；β-AI203 陶殼管同時(shí)充當(dāng)電解質(zhì)和隔膜 |
鈉鹽電池 | 鈉鹽電池是鈉 / 金屬氯化物電池，其正極為金屬鈉，負(fù)極為金屬氯化物，電解質(zhì)為 β-AI203 陶殼管和 NaAICI4 熔融鹽復(fù)合電解質(zhì) |
鈉-空氣電池 | 鈉-空氣電池以金屬鈉作為負(fù)極材料，空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì) |
4、市場(chǎng)主流二次電池核心特征對(duì)比
類型 | 鈉離子電池 | 鉛酸電池 | 磷酸鐵鋰電池 | 三元鋰電池 |
|---|---|---|---|---|
能量密度（Wh/kg） | 120-160 | 40 | 150-200 | ?160-350? |
循環(huán)壽命 | 高 | 極低 | 高 | 一般 |
熱穩(wěn)定性 | 優(yōu) | 優(yōu) | 優(yōu) | 較優(yōu) |
低溫性能 | 優(yōu) | 差 | 一般 | 較優(yōu) |
快充性能 | 較優(yōu) | - | 一般 | 優(yōu) |
材料成本 | 低 | - | 一般 | 較高 |
環(huán)保情況 | 最優(yōu) | 鉛污染 | 優(yōu) | 鈷、鎳污染 |
根據(jù)對(duì)比，鈉離子電池具有以下優(yōu)勢(shì)：
資源豐富：鈉資源在全球范圍內(nèi)分布廣泛，且價(jià)格低廉。
安全性高：鈉離子電池的熱穩(wěn)定性較好，不易發(fā)生過(guò)熱或爆炸等安全事故。
環(huán)保性能好：鈉離子電池的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境影響較小。
因此，鈉離子電池具有替代鋰離子電池的潛力。
5、鈉離子電池的應(yīng)用場(chǎng)景
目前，中國(guó)新能源汽車(chē)工業(yè)所需要的鋰資源（碳酸鋰）中有 80% 仍然依賴進(jìn)口，而且鋰資源不足以同時(shí)支撐動(dòng)力電池、消費(fèi)電池和儲(chǔ)能電池三條賽道的巨大需求，發(fā)展鈉離子電池有其必要性和緊迫性。
鈉離子電池已經(jīng)在一些特定領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)等。2024 年 6 月大唐湖北 100 兆瓦 / 200 兆瓦時(shí)鈉離子新型儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了鈉離子電池在全球的首次大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
特別是鈉離子電池在極寒地區(qū)具有耐低溫的突出優(yōu)勢(shì)，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池技術(shù)短期無(wú)法彌補(bǔ)這一短板。隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，鈉離子電池有望在未來(lái)得到更廣泛的應(yīng)用。
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