8月26日,工業(yè)和信息化部(以下簡(jiǎn)稱工信部)的一則答復(fù),帶來(lái)了股市鈉離子
電池板塊的一波上漲行情,而對(duì)于汽車企業(yè)而言,鈉離子
電池倘若真正進(jìn)入商業(yè)化推進(jìn),也將帶來(lái)從成本到安全性方面的全面獲益,但就目前而言,鈉離子電池距離商業(yè)化還有多遠(yuǎn),能否替代當(dāng)下的主流鋰離子電池呢?
其實(shí),工信部這則答復(fù)中,都已經(jīng)做出了解答。
新能源產(chǎn)業(yè)“壓艙石”
工信部在《關(guān)于在我國(guó)大力發(fā)展鈉離子電池的提案》的答復(fù)(以下簡(jiǎn)稱《答復(fù)》)中,明確提到了一點(diǎn):“中國(guó)提出碳達(dá)峰、碳中和宏偉目標(biāo),是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的里程碑事件,將對(duì)綠色低碳發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵任務(wù)是實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)、大幅提升新能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池作為推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石,是支撐新能源在電力、交通、工業(yè)、通信、建筑、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ),也是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵支撐之一。”
基于“壓艙石”的定調(diào),實(shí)際從“十三五”到“十四五”,國(guó)家有關(guān)部門,包括工信部、科技部、財(cái)政部等都“高度重視新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展,從加強(qiáng)行業(yè)管理、統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、支持技術(shù)創(chuàng)新、加快標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等角度出發(fā),采取一系列措施促進(jìn)新型電池產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展“。
從鈉離子電池和鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn),到鈉離子電池產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、發(fā)展到商業(yè)化,工信部都給予了肯定的答復(fù)。那么,站在非專業(yè)人士的角度,鈉離子電池究竟有哪些優(yōu)缺點(diǎn),它是否具備替代鋰離子電池的前景呢?
(以下圖片來(lái)自寧德時(shí)代官方網(wǎng)站)
優(yōu)點(diǎn)很鮮明
實(shí)際上,關(guān)于鈉離子電池和鋰離子電池的技術(shù)方面探討屬于熱點(diǎn)話題。站在非專業(yè)人士的角度來(lái)看,鈉離子電池和鋰離子電池兩者之間,有著很多相似度,同時(shí)又有著很顯著的區(qū)別。
相同之處在于,鈉與鋰在元素周期表中屬于同一個(gè)主族,它們的物理與化學(xué)性質(zhì)很相似,而鈉離子電池與鋰離子電池的充放電原理,也都被業(yè)界稱之為“電池?fù)u椅”——即依托鋰離子或鈉離子在正負(fù)兩極之間的來(lái)回游走,帶動(dòng)電子,兩端的正負(fù)極可想像成椅子的兩端,而鈉與鉀就是搖椅本身,它們載著電子在這種搖擺之中完成充放電的過(guò)程。
原理相近,而且鈉離子電池也并非最新提出的科技構(gòu)想,實(shí)際早在2010年,鈉離子電池的開(kāi)發(fā)就已經(jīng)開(kāi)始了。
與鋰相比,鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)非常明顯:
其一是儲(chǔ)量豐富,工信部《答復(fù)》中,特意寫(xiě)明,鋰資源在地殼中儲(chǔ)量?jī)H為0.002%,而鈉在地球上的儲(chǔ)量是鋰的上千倍。未寫(xiě)明的一點(diǎn)是,基于當(dāng)前鋰提取的技術(shù)限制也導(dǎo)致了產(chǎn)量非常有限,物以稀為貴,正因如此,鋰的價(jià)格近幾年來(lái)已經(jīng)漲了超過(guò)5倍。相比之下,鈉的儲(chǔ)量豐富,價(jià)格較低且價(jià)格水平相對(duì)穩(wěn)定。
其二是鈉離子電池的成本也較低,由于鋰與鋁易發(fā)生反應(yīng)生成鋰鋁合金,因此在正負(fù)極材料的選擇上,鋰電池的正極材料可以使用價(jià)格相對(duì)較低的鋁箔,但負(fù)極材料卻只能用造價(jià)更高的銅箔,而鈉離子電池的正負(fù)極,都可以使用鋁箔,相對(duì)造價(jià)也就更低。
其三是鈉離子電池充電速度快,安全性高,可以適應(yīng)-30至80攝氏度之間的高低溫而不會(huì)有太大的能量衰減,而且通過(guò)針刺等多種沖擊、壓力測(cè)試,也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,所以從安全性方面來(lái)看,比鋰離子電池也更勝一籌。
缺點(diǎn)也待攻關(guān)
成本低、安全性好、高低溫性能穩(wěn)定的鈉離子電池,為何沒(méi)能替代鋰離子電池呢?
7月29日,寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池,這是目前邁出商業(yè)化的前兆,按照寧德時(shí)代的說(shuō)法,計(jì)劃2023年將會(huì)量產(chǎn)鈉離子電池。
但寧德時(shí)代第一代鈉離子電池的發(fā)布,并非取代鋰離子電池的開(kāi)端,從工信部到行業(yè)專家的看法而言,現(xiàn)階段,鈉離子電池技術(shù)的開(kāi)發(fā),更多的是對(duì)鋰離子電池的補(bǔ)充而非替代,其根本原因,也在于鈉離子電池還具有非常顯著的缺點(diǎn)。
簡(jiǎn)單來(lái)形容一下:假設(shè)鋰離子是乒乓球大小,鈉離子的體積比鋰離子大很多,可以假設(shè)為足球,所以在游走時(shí)的速度就較慢,不易擊穿電池隔膜,同時(shí),這個(gè)“胖子”攜帶的電子量實(shí)際比鋰還低,這就導(dǎo)致了一個(gè)很具體的缺點(diǎn),即能量密度較低。
寧德時(shí)代第一代鈉離子電池的能量密度,已經(jīng)達(dá)到了160Wh/kg——這一能量密度,而鋰離子電池的能量密度現(xiàn)在已經(jīng)輕松超過(guò)200Wh/kg了。
除此之外,循環(huán)壽命相比,目前磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命已經(jīng)達(dá)到了6000次,而鈉離子電池的循環(huán)壽命只能達(dá)到2000次,因此按照當(dāng)前儲(chǔ)能要求10年以上,甚至更高要求達(dá)到20年儲(chǔ)能而言,鈉離子電池的壽命仍無(wú)法滿足。
但正如鋰離子電池技術(shù)在不斷進(jìn)步,能量密度不斷大幅提高一樣,鈉離子電池隨著技術(shù)手段的更新,必然也會(huì)帶來(lái)更多新的技術(shù),不過(guò),即便如此,當(dāng)前來(lái)看,寧德時(shí)代的第一代鈉離子電池發(fā)布,其定義也是鋰離子電池的有益補(bǔ)充,在技術(shù)發(fā)布中,還提到了“開(kāi)發(fā)了AB電池系統(tǒng)解決方案,即鈉離子電池與鋰離子電池兩種電池按一定比例進(jìn)行混搭,集成到同一個(gè)電池系統(tǒng)里,通過(guò)BMS精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制“。
匯總來(lái)看,鈉離子電池蘊(yùn)含著巨大的潛力,但這一潛力尚待技術(shù)突破與開(kāi)發(fā),也許未來(lái)它有可能替代鋰離子電池,只是現(xiàn)階段來(lái)看,它在未來(lái)3至5年內(nèi),還是處于“補(bǔ)充”的定位。
(責(zé)任編輯:子蕊)