1800年3月20日，意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏特正式對(duì)外宣布他發(fā)明了人類歷史上的第一個(gè)電池——伏打電堆，電池這種能夠提供持續(xù)而穩(wěn)定電流的裝置歷經(jīng)200余年的發(fā)展，不斷滿足著人們對(duì)電力靈活運(yùn)用的需求。隨著人們對(duì)可再生能源利用的巨大需求和對(duì)環(huán)境污染問題的日益關(guān)注，近年來二次電池這種能夠?qū)㈦娔茴A(yù)先以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)下來的儲(chǔ)能技術(shù)，在新一輪的能源變革中迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。

為什么做鈉離子電池？

20世紀(jì)70年代末期，人們對(duì)鈉離子電池和鋰離子電池幾乎同時(shí)開展研究工作。但是由于受當(dāng)時(shí)研究條件的限制，以及研究者對(duì)鋰離子電池的濃厚興趣，使得鈉離子電池在當(dāng)時(shí)的研究處于緩慢和停滯狀態(tài)。直到2010年后，鈉離子電池迎來了它的發(fā)展轉(zhuǎn)折點(diǎn)，成為繼鋰離子電池之后的另一儲(chǔ)能技術(shù)新星。近十年來，與鋰離子電池具有類似的工作機(jī)理和電池結(jié)構(gòu)的鈉離子電池研究取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

為什么要做鈉離子電池？

曾經(jīng)的“主力隊(duì)員”鉛酸電池因其不可避免的環(huán)境污染及無法滿足新國(guó)標(biāo)面臨“退役”問題，而在二次電池中，鋰離子電池的性能雖是最好，但鋰資源的儲(chǔ)量有限。目前70%的鋰資源分布在南美洲，而現(xiàn)階段我國(guó)80%鋰資源依賴進(jìn)口，鋰離子電池難以兼顧電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能兩大產(chǎn)業(yè)。從價(jià)格方面來說，目前碳酸鋰的價(jià)格在4萬元/噸左右，而碳酸鈉平均價(jià)僅有0.2萬元/噸左右，鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)顯而易見。 在2020年9月和12月，***主席兩次向世界宣示中國(guó)推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的愿景目標(biāo)。2021年4月9日首屆電動(dòng)中國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展研討會(huì)順利開展，電動(dòng)化的發(fā)展已是勢(shì)不可擋。鈉離子電池技術(shù)不僅滿足新能源領(lǐng)域低成本、長(zhǎng)壽命和高安全性能等要求，又由于鈉離子電池的鈉資源儲(chǔ)量豐富、分布廣泛、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、較好的功率特性、寬溫度范圍適應(yīng)性、安全性能好和兼容鋰離子電池現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)等眾多優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上可以緩解鋰資源短缺引發(fā)的儲(chǔ)能電池發(fā)展受限問題，是鋰離子電池的優(yōu)秀替代品。同時(shí)還可以替代鉛酸電池，有望在低速電動(dòng)車、電動(dòng)船、家庭/工業(yè)儲(chǔ)能、5G通信基站、數(shù)據(jù)中心、可再生能源大規(guī)模接入和智能電網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域快速發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)清潔能源技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，提升我國(guó)在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。

鈉離子電池研發(fā)現(xiàn)狀

現(xiàn)今，通過世界各個(gè)研究組的努力，鈉離子電池在電極材料、電解質(zhì)材料、表征分析、儲(chǔ)鈉機(jī)制探索和電芯技術(shù)等方面不斷取得突破，與鈉離子電池相關(guān)的文章發(fā)表和專利的申請(qǐng)數(shù)量大幅增加。2020年，美國(guó)能源部公布了對(duì)電池研究計(jì)劃的布局，著力開展對(duì)動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池的基礎(chǔ)研究與先進(jìn)制造，同時(shí)明確了將鈉離子電池作為儲(chǔ)能電池的發(fā)展體系。歐盟儲(chǔ)能計(jì)劃“電池2030”項(xiàng)目公布了未來重點(diǎn)發(fā)展的電池體系，其中包括鋰離子電池、非鋰離子電池和未來新型電池，項(xiàng)目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。歐盟“地平線2020研究和創(chuàng)新計(jì)劃”更是將“鈉離子材料作為制造用于非汽車應(yīng)用耐久電池的核心組件”重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。目前全球共有十幾家公司正在進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，包括英國(guó)Faradion公司、法國(guó)Timat、美國(guó)Natron Energy等公司，以及我國(guó)的中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、星空鈉電等公司，都在進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)布局，均取得了重要成果。 從核心技術(shù)層面來看，我國(guó)的技術(shù)儲(chǔ)備為鈉離子電池在中國(guó)的產(chǎn)業(yè)化做好了充分準(zhǔn)備。我國(guó)在鈉離子電池的研發(fā)方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平，在核心材料體系方面具有完全獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，部分專利還獲得了美國(guó)、日本和歐盟的授權(quán)。這預(yù)示著我國(guó)不僅不會(huì)在核心技術(shù)方面遭遇卡脖子的危險(xiǎn)，而且還有機(jī)會(huì)為鈉離子電池爭(zhēng)取到更大的海外市場(chǎng)。

應(yīng)用前景

經(jīng)過近幾年的不斷努力開發(fā)，鈉離子電池的能量密度已慢慢接近鋰離子電池，而且已經(jīng)有少數(shù)公司開始致力于鈉離子電池產(chǎn)品研發(fā)制造、標(biāo)準(zhǔn)制定以及市場(chǎng)推廣應(yīng)用等方面的工作。鈉離子電池由于其安全、低溫、快充、低成本和長(zhǎng)循環(huán)等優(yōu)勢(shì)可應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景。儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，值得一提的是，鈉離子電池巨大的儲(chǔ)能市場(chǎng)還包括光伏、風(fēng)能等新能源接入儲(chǔ)存系統(tǒng)。隨著全球大規(guī)模儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，伴隨眾多電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的涌現(xiàn)，作為鋰離子電池技術(shù)的重要補(bǔ)充，鈉離子電池將憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能領(lǐng)域開拓出廣闊的用武之地。

是什么使得鈉‘熱’了起來？

電動(dòng)汽車是人們一直以來想去實(shí)現(xiàn)、想去做好的事情，儲(chǔ)能問題更是當(dāng)下的熱點(diǎn)，這些都使得電池近十年獲得了很快的發(fā)展，對(duì)于鈉來說，它的儲(chǔ)量很豐富、成本較低、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染且具有使用比較安全等優(yōu)勢(shì)，因而成為了新寵。要重視人們思想上對(duì)電動(dòng)汽車、對(duì)鈉離子電池的接受和認(rèn)可，能做到這一點(diǎn)，就能讓鈉離子電池發(fā)展的更好。

對(duì)于電池制備而言，建立完整的生產(chǎn)線是至關(guān)重要但投資巨大的，對(duì)于一個(gè)科研工作者是如何把控產(chǎn)業(yè)化的呢？

鈉離子電池還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以直接使用現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線，無需重建新的生產(chǎn)線。不久前，使用鋰離子電池的生產(chǎn)線成功生產(chǎn)了8萬只鈉離子電池，這使得鈉離子電池具有更快的市場(chǎng)化速度。 科研是產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，還必須潛心科研，為實(shí)現(xiàn)鈉離子電池充電更快、能量密度更高、安全性更好、成本更低的目標(biāo)夯實(shí)基礎(chǔ)。鈉離子電池具備諸多優(yōu)勢(shì)，發(fā)展針對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的鈉離子電池技術(shù)具有重要戰(zhàn)略意義，期待著鈉離子電池能夠走進(jìn)尋常百姓家，成為守護(hù)國(guó)家能源安全的“主力軍”。

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