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          新能源汽車電池-鈉電池能否替代鋰電池

          文章出處:高格官網責任編輯:高格小編作者:高格儀器人氣:發表時間:2022-02-21 14:11:27 【

          2021年8月,工業和信息化部答復政協第十三屆全國委員會第四次會議第4815號(工交郵電類523號)提案稱,將組織有關標準研究機構適時開展鈉離子電池標準制定,并在標準立項、標準報批等環節予以支持。同時,根據國家政策和產業動態,結合相關標準研究有關鈉離子電池行業規范政策,引導產業健康有序發展。
          20世紀90年代初引入市場的鋰離子電池現在為大多數電子設備和電動汽車提供動力。然而,它們存在兩大缺點。它們所含的液體電解質——可以讓正離子在電池的兩個電極之間流動——具有很高的易燃性。如果出現泄漏,它會與氧氣發生劇烈反應,從而給使用者帶來重大危害。鋰的供應也存在問題。鋰在全球分布不均。同石油一樣,它占據了重大地緣政治問題的核心。
          鈉元素是地殼中儲量第六豐富的元素,是鋰資源的上千倍,但其分布不均,70%分布在南美洲,尤其中國鋰礦資源與新能源發展所需并不相稱。但成本低廉;同時,鈉離子化合物容易獲取,再者,在低電壓下鈉、鋁不會合金化,因此鈉電池負極可使用更便宜的鋁集流體,從而可進一步降低電池的成本和重量。不僅比鋰便宜還更容易回收利用。而鈉比鋰重,其離子在液態電解質中的移動也較不容易。解決辦法是設計一種不易燃的固體電解質。由于“生產這種電池所使用的技術與鋰電池不同。業界尚不愿意采用這種較不熟悉的技術。
           
          工信部稱鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池是“推動新能源產業發展的壓艙石”,是“實現碳達峰、碳中和目標的關鍵支撐之一”,政策希望推動鈉電池產業,是因為其目前仍處于研發之中,尚未形成生產規模、缺乏供應鏈。面對巨大的儲能市場,鈉離子電池以其低成本、長壽命和高安全的諸多優勢有望在各類低速電動車、電動船、數據中心、通信基站、家庭/工業儲能、可再生能源大規模接入和智能電網等多個領域快速發展,提升我國在儲能技術領域的競爭力與影響力。
          而隨著研究的不斷深入,研究者發現鈉電池不僅具有上述多種優勢,還具有較好的功率特性、寬溫度范圍適應性、安全性能和無過放電問題等優點。當然有優點也有缺點,相比鋰離子,鈉離子半徑更大,在充放電過程中正極材料更易崩塌。這要求正極材料必須有更穩定的結構、有較高的氧化還原電位,才不至于在鈉離子脫嵌過程中發生結構坍塌。負極材料同樣棘手。常用的石墨雖然便宜好用,但其與鈉離子性相不合,鈉離子嵌入后易失去電化學活性。
          此外,在進一步規?;矫?,鈉電池也對制備工藝和環境友好有著更高要求。
          寧德時代的鈉離子電池方案中,采用了與石墨同屬碳基材料的硬碳作為負極,將正極材料換成鈉化合物,并使用特定技術手段處理電解液,初步實現了目標。只是這些技術與材料的成本,尚須在規?;筮M一步觀察。
          據國際能源署較新數據顯示,到2030年,僅靠現有和在建的鋰礦生產項目,全球將出現約50%的鋰需求缺口。
          電池技術的未來在于鈉。相比目前為大多數設備和車輛提供動力的鋰,鈉更可持續,而地球表面的鈉儲量也很豐富。問題是,它的離子在傳統電池的液態電解質中無法輕易移動,從而使其效率低于鋰。因此,解決之道在于開發固體電解質。日內瓦大學的一個科學團隊成功地應對了這一挑戰,它采用的方法是修改由碳、硼和氫組成的一種材料的晶體結構。該研究小組還確定了應用于電池的理想壓力,使其能有效運行。
          在新能源潮流之下,世界各國都在大力發展或儲備鈉離子電池技術。
          2020年,美國能源部公布了對電池研究計劃的布局,明確將鈉離子電池納入儲能電池的發展體系。
          歐盟儲能計劃“電池2030”項目公布了未來重點發展的電池體系,將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系首位。
          歐盟“地平線2020研究和創新計劃”也將鈉離子材料作為制造非汽車應用耐久電池的核心組件。
          2021年6月,中科海鈉發布全球首個1兆瓦時(MWh)鈉離子電池儲能系統。
          我國在鈉離子電池領域的技術儲備——如電池研發、核心材料體系、關鍵材料放大制備和生產、電芯設計和研制、模塊化集成與管理等方面,已經做好了充分的產業化準備,未來我國“有機會獲得鈉離子電池產業發展的主導權”。

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