钠离子电池入局,动力锂电池“魏蜀吴三国杀”?

发布日期:
2022-01-14

康胜新能源消息:“15分钟内充电80%,电池在零下20度时不会衰退”。不久前,动力电池“第一兄弟”宁德时报召开了第一代钠离子电池发布发布会。很多人都叫它:宁德时代,这是重塑电动车!钠离子电池能否从三元锂离子电池、磷酸铁锂电池等竞争对手中脱颖而出,引领潮流,成为下一代电池技术?为什么科幻小说很难成为现实?有点令人惊讶的是,钠电池的概念是由法国科幻作家凡尔纳在1870年著名的科幻小说《海底20000英里》中首次提出的。在小说中,鹦鹉螺从海水中获取电解质钠,并制造一个钠电池作为能量驱动前进,因为钠元素来自海水和当地材料。书中预言的电击枪、潜艇服和潜艇隧道都一一实现,但钠电池潜艇直到20世纪70年代才取得很大进展。

 

随着第三次工业革命的到来,钠离子电池得到了真正的发展,今天人们非常熟悉的锂离子电池与钠电池同时诞生。如今40多年过去了,锂离子电池早已广泛应用于生活中,尤其是作为新能源汽车的核心产品;然而,钠电池的发展并不是很顺利。长期以来,它仅广泛应用于储能电站和低速车辆。即使在2011年,一些公司也试图将其产品商业化。钠电池,顾名思义,是一种由钠离子驱动的电池。一种动力锂离子电池,通过在电池的正负极之间“绕着”钠离子运行来实现充电运动。因为他们的“质量”不合格,他们被遗忘在角落里。


为什么总是不使用钠离子电池?这实际上与它的化学性质有着非常直接的关系。事实上,钠电池和锂离子电池的工作原理是相似的:在电池的阴极,元素失去电子并转变成高价离子,然后进入电解液,通过隔膜并转移到阳极:尽管离子可以通过电解液和隔膜,电子不能。它们只能从外部电路运行到阳极,在外部工作。这是蓄电池的放电过程。锂的原子量为6.94,是金属中最轻的;锂的标准电极电位为-3.045v,是金属中最低的;此外,锂的比容量也是金属中最高的,其电化学当量最低。这意味着锂离子电池理论上可以获得最大的能量密度。在电池领域,如果暂时不考虑安全和成本因素,能量密度有绝对的发言权——锂离子电池是开发者的首选。

 

然而,当你打开化学教科书中的元素周期表时,离锂最近的金属元素是钠。它们都位于周期表的第一列。最外层的电子数量相同,化学性质相似,因此它们可以充当电荷传输器,驱动电池充放电。然而,钠离子电池的硬损伤也很明显。首先是缺乏能量密度。锂的原子量是7,钠的原子量是23。原子量越小,能量密度越大。因此,当三元锂离子电池的能量密度大于200wh/kg时,钠离子电池的能量密度仅为100-150wh/kg。

 

即使《宁德时报》目前公布的钠离子电池的能量密度能达到160whkg,它与锂离子电池的差别也很明显,导致电池效率显著低下。其次,钠离子半径比锂离子半径大70%,导致运动速度极慢,无法通过负极石墨材料,这也成为钠离子电池商业化使用的瓶颈。结果,在20世纪80年代,当科学技术还不发达时,锂离子电池和钠离子电池走上了一条完全不同的道路:前者迅速商业化,成为消费市场的基本商品,而后者则完全进入停滞状态。现在,宁德时报发布的钠离子电池让更多的人看到了这项“命运多舛”的技术,也为动力锂离子电池的未来发展增添了强大的“潜在竞争对手”。

 

锂和钠有爱也有恨,但现实地说,钠电池并非一无是处。它有两个锂离子电池无法比拟的优点。首先,就储量而言,锂资源的储量是有限的。数据显示,70%的锂资源分布在南美,而中国80%的锂资源在现阶段依赖进口。随着需求的增加,锂的价格从最初的38000元吨飙升至160000元吨。此前,中国工程院院士陈丽泉明确表示,如果世界各地的汽车使用锂离子电池,全世界的电能都是用锂离子电池储存的,锂是不够的,所以我们必须考虑新的电池。


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