鈉在世界向電動(dòng)汽車的過渡中將會(huì)扮演什么樣的角色？
隨著對(duì)電動(dòng)汽車的需求不斷上升到新的高度，對(duì)價(jià)格合理、效率高的電池的需求也在不斷增長(zhǎng)。但是由于電池供應(yīng)的短缺，以及鋰已經(jīng)是一種有限資源的事實(shí)，鋰離子電池的可持續(xù)使用實(shí)際上是值得懷疑的。
盡管鋰離子電池技術(shù)在過去十年里取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但人們?cè)絹碓綋?dān)心，圍繞這些電池的創(chuàng)新正開始放緩。例如，盡管鋰離子電池的價(jià)格在過去十年中下降了約 73% ，但從 2017 年到 2021 年只下降了約 28% 。然而，或許更令人擔(dān)憂的是，自 2021 年以來，鋰的價(jià)格幾乎翻了兩番！
不用說，如果鋰離子技術(shù)沒有重大突破，我們必然需要一種替代材料來推動(dòng)世界向電動(dòng)汽車的過渡。對(duì)我們來說幸運(yùn)的是，鈉似乎是一個(gè)可行的候選人。它含量豐富，價(jià)格便宜，而且對(duì)環(huán)境更加友好，同時(shí)具有與鋰相似的化學(xué)性質(zhì)。
但是，盡管這聽起來不錯(cuò)，但鈉實(shí)際上真的適合用于電池嗎？如果是這樣，為什么還沒有人開始批量生產(chǎn)呢？
鈉電池令人信服的前景
簡(jiǎn)而言之，有研究人員相信鈉最終將能夠替代鋰在電池中的使用。這是因?yàn)?，如前所述?strong>鈉的化學(xué)組成與鋰的化學(xué)組成大體相似。因此，這兩種電池所使用的技術(shù)實(shí)際上是相同的。
在鋰離子電池中，鋰位于電池的陰極和電解質(zhì)中，而陽極由石墨構(gòu)成。類似地，鈉離子電池在陰極和電解質(zhì)中都使用鈉，并將陽極中的石墨換成某種形式的“硬碳”。
硬質(zhì)碳，本質(zhì)上是木炭，由于其輕而硬的性質(zhì)，也比石墨有益。硬質(zhì)碳還可以與更廣泛的電解質(zhì)兼容，使鈉離子電池有可能具有更廣泛的安全操作溫度范圍。
由于兩者之間的最小差異，已經(jīng)有了功能性的鈉離子原型。例如，全球最大的電池生產(chǎn)商之一 CATL 公司去年推出了一個(gè)概念，其能量密度為每公斤 160 瓦時(shí)，在 15 分鐘內(nèi)可以從 0-80% 充電。
雖然充電速度令人印象深刻，但能量密度揭示了鈉的弱點(diǎn)之一。鈉在很大程度上被忽視作為鋰替代品的原因之一是它稍微重一些。由于鈉的重量增加，鈉離子電池的能量密度通常會(huì)低于鋰離子電池。在這種情況下，CATL 的鈉離子原型的密度為 160 瓦時(shí) / 千克，而特斯拉即將推出的 4680 鋰電池的密度估計(jì)為 272-296 瓦時(shí) / 千克。
但是在讓人感到氣餒之前，值得一提的是 Faradion，一家總部位于英國(guó)的電池公司，估計(jì)它將能夠得到超過 200 瓦時(shí) / 千克的第一個(gè)全尺寸鈉離子電池。當(dāng)然，它和特斯拉的電池水平不太一樣，但是這將使它和其他電動(dòng)汽車生產(chǎn)的大多數(shù)電池水平相當(dāng)，后者通常在 185 瓦時(shí) / 千克左右徘徊。
因此，除了更便宜、更容易生產(chǎn)、更有環(huán)境友善、在極端溫度下更穩(wěn)定之外，這些電池還有可能與鋰離子電池的能量密度相匹敵，盡管鈉的重量不利。
鈉離子技術(shù)如何改變電動(dòng)汽車的面貌
至于鈉如何真正影響電動(dòng)汽車市場(chǎng)，最具革命性的是它的可持續(xù)性。從成本的角度來看，法拉第估計(jì)鈉離子電池有可能比鋰離子電池價(jià)格低 24-32% 。考慮到鋰本身通常占電池總成本的 30-40% ，這并不難相信。
如果一輛典型的價(jià)值 5 萬美元的電動(dòng)汽車換成鈉離子電池，那么價(jià)格至少會(huì)下降 4800 美元，降幅為 9.6% 。雖然 10% 的降價(jià)不會(huì)在一夜之間帶來低于 25,000 美元的電動(dòng)汽車，但這絕對(duì)是朝著正確方向邁出的一步。
可持續(xù)發(fā)展的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是這些電池最終的耐用程度。歷史上，鈉離子電池一直被批評(píng)為耐久性差，這通常源于這些電池的離子容易破壞其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)。然而，由于美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (PNNL) 的突破，這種損害現(xiàn)在是可以避免的。
PNNL 的概念通過調(diào)整形成電池電解質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)來攻克鈉離子的耐久性問題。由于這種變化，PNNL 的電池保留了超過 90% 的容量，超過 300 個(gè)充電周期。是的，這是一個(gè)模糊的值范圍，但是，取決于電池提供多少范圍，你可以預(yù)期在 75,000-90,000 英里的過程中有 10% 的降解。雖然這明顯比目前的鋰離子電池技術(shù)要差上一些，但要記住，更換鈉離子電池的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)要比更換鋰離子電池小得多。
在可回收性方面，鈉離子電池可以完全放電到 0 伏特，從而優(yōu)于鋰電池。相比之下，鋰離子電池通常會(huì)保留 30% 的電量，這使得它們?cè)诨厥绽梅矫婢哂袧撛诘奈ｋU(xiǎn)。因此，不僅鈉離子電池回收利用更安全，而且它們?nèi)狈︹捇蚴仍牧?，這也使它們對(duì)環(huán)境的危害更小。
總的來說，鈉離子電池相對(duì)于鋰電池有許多優(yōu)勢(shì)，包括成本、環(huán)境影響、可用性和安全性，但是它們?nèi)匀幻媾R耐用性和能量密度的問題。也就是說，這項(xiàng)技術(shù)在準(zhǔn)備用于乘用電動(dòng)汽車之前還需要幾年的發(fā)展。
換句話說，其中一些缺點(diǎn)在上市時(shí)可能不那么突出。然而，在那之前，看看這項(xiàng)前景光明的技術(shù)是如何發(fā)展的，以及它在世界向電動(dòng)汽車的過渡中扮演什么樣的角色，將是一件有趣的事情。
延伸閱讀
新能源汽車和動(dòng)力電池在產(chǎn)業(yè)鏈上已形成了深度的綁定關(guān)系，動(dòng)力電池作為新能源汽車的“心臟”，決定了諸多關(guān)鍵的車輛性能參數(shù)。
整體上，動(dòng)力電池沿著高比能和高安全兩條技術(shù)路線發(fā)展，隨著各項(xiàng)細(xì)分技術(shù)的不斷迭代，未來新能源汽車動(dòng)力電池將充分滿足車主關(guān)于續(xù)航里程、充電時(shí)間、駕乘安全等方面的需求。4680 大圓柱電池、固態(tài)電池、鈉離子電池、不自燃電池等新型技術(shù)即將投入應(yīng)用，有望大幅緩解新能源車主的用車痛點(diǎn)。
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本文來自微信公眾號(hào)：出新研究 （ID：chuxinyanjiu），作者：Technality ，編譯：劉唐詩
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