为什么钠离子是电池的未来

钠在世界向电动汽车的过渡中将会扮演什么样的角色？

随着对电动汽车的需求不断上升到新的高度，对价格合理、效率高的电池的需求也在不断增长。但是由于电池供应的短缺，以及锂已经是一种有限资源的事实，锂离子电池的可持续使用实际上是值得怀疑的。

尽管锂离子电池技术在过去十年里取得了长足的进步，但人们越来越担心，围绕这些电池的创新正开始放缓。例如，尽管锂离子电池的价格在过去十年中下降了约 73% ，但从 2017 年到 2021 年只下降了约 28% 。然而，或许更令人担忧的是，自 2021 年以来，锂的价格几乎翻了两番！

不用说，如果锂离子技术没有重大突破，我们必然需要一种替代材料来推动世界向电动汽车的过渡。对我们来说幸运的是，钠似乎是一个可行的候选人。它含量丰富，价格便宜，而且对环境更加友好，同时具有与锂相似的化学性质。

但是，尽管这听起来不错，但钠实际上真的适合用于电池吗？如果是这样，为什么还没有人开始批量生产呢？

钠电池令人信服的前景

简而言之，有研究人员相信钠最终将能够替代锂在电池中的使用。这是因为，如前所述，钠的化学组成与锂的化学组成大体相似。因此，这两种电池所使用的技术实际上是相同的。

在锂离子电池中，锂位于电池的阴极和电解质中，而阳极由石墨构成。类似地，钠离子电池在阴极和电解质中都使用钠，并将阳极中的石墨换成某种形式的"硬碳"。

硬质碳，本质上是木炭，由于其轻而硬的性质，也比石墨有益。硬质碳还可以与更广泛的电解质兼容，使钠离子电池有可能具有更广泛的安全操作温度范围。

由于两者之间的最小差异，已经有了功能性的钠离子原型。例如，全球最大的电池生产商之一 CATL 公司去年推出了一个概念，其能量密度为每公斤 160 瓦时，在 15 分钟内可以从 0-80% 充电。

虽然充电速度令人印象深刻，但能量密度揭示了钠的弱点之一。钠在很大程度上被忽视作为锂替代品的原因之一是它稍微重一些。由于钠的重量增加，钠离子电池的能量密度通常会低于锂离子电池。在这种情况下，CATL 的钠离子原型的密度为 160 瓦时 / 千克，而特斯拉即将推出的 4680 锂电池的密度估计为 272-296 瓦时 / 千克。

但是在让人感到气馁之前，值得一提的是 Faradion，一家总部位于英国的电池公司，估计它将能够得到超过 200 瓦时 / 千克的第一个全尺寸钠离子电池。当然，它和特斯拉的电池水平不太一样，但是这将使它和其他电动汽车生产的大多数电池水平相当，后者通常在 185 瓦时 / 千克左右徘徊。

因此，除了更便宜、更容易生产、更有环境友善、在极端温度下更稳定之外，这些电池还有可能与锂离子电池的能量密度相匹敌，尽管钠的重量不利。

钠离子技术如何改变电动汽车的面貌

至于钠如何真正影响电动汽车市场，最具革命性的是它的可持续性。从成本的角度来看，法拉第估计钠离子电池有可能比锂离子电池价格低 24-32% 。考虑到锂本身通常占电池总成本的 30-40% ，这并不难相信。

如果一辆典型的价值 5 万美元的电动汽车换成钠离子电池，那么价格至少会下降 4800 美元，降幅为 9.6% 。虽然 10% 的降价不会在一夜之间带来低于 25,000 美元的电动汽车，但这绝对是朝着正确方向迈出的一步。

可持续发展的另一个标准是这些电池最终的耐用程度。历史上，钠离子电池一直被批评为耐久性差，这通常源于这些电池的离子容易破坏其内部晶体结构。然而，由于美国能源部太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的突破，这种损害现在是可以避免的。

PNNL 的概念通过调整形成电池电解质的化学反应来攻克钠离子的耐久性问题。由于这种变化，PNNL 的电池保留了超过 90% 的容量，超过 300 个充电周期。是的，这是一个模糊的值范围，但是，取决于电池提供多少范围，你可以预期在 75,000-90,000 英里的过程中有 10% 的降解。虽然这明显比目前的锂离子电池技术要差上一些，但要记住，更换钠离子电池的经济负担要比更换锂离子电池小得多。

在可回收性方面，钠离子电池可以完全放电到 0 伏特，从而优于锂电池。相比之下，锂离子电池通常会保留 30% 的电量，这使得它们在回收利用方面具有潜在的危险。因此，不仅钠离子电池回收利用更安全，而且它们缺乏钴或石墨等原材料，这也使它们对环境的危害更小。

总的来说，钠离子电池相对于锂电池有许多优势，包括成本、环境影响、可用性和安全性，但是它们仍然面临耐用性和能量密度的问题。也就是说，这项技术在准备用于乘用电动汽车之前还需要几年的发展。

换句话说，其中一些缺点在上市时可能不那么突出。然而，在那之前，看看这项前景光明的技术是如何发展的，以及它在世界向电动汽车的过渡中扮演什么样的角色，将是一件有趣的事情。

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本文来自微信公众号：出新研究 （ID：chuxinyanjiu），作者：Technality ，编译：刘唐诗