1800年3月20日，意大利物理學家亞歷山德羅·伏特正式對外宣布他發(fā)明了人類歷史上的第一個電池——伏打電堆，電池這種能夠提供持續(xù)而穩(wěn)定電流的裝置歷經200余年的發(fā)展，不斷滿足著人們對電力靈活運用的需求。隨著人們對可再生能源利用的巨大需求和對環(huán)境污染問題的日益關注，近年來二次電池這種能夠將電能預先以化學能的形式存儲下來的儲能技術，在新一輪的能源變革中迎來了新的發(fā)展機遇。

為什么做鈉離子電池？

20世紀70年代末期，人們對鈉離子電池和鋰離子電池幾乎同時開展研究工作。但是由于受當時研究條件的限制，以及研究者對鋰離子電池的濃厚興趣，使得鈉離子電池在當時的研究處于緩慢和停滯狀態(tài)。直到2010年后，鈉離子電池迎來了它的發(fā)展轉折點，成為繼鋰離子電池之后的另一儲能技術新星。近十年來，與鋰離子電池具有類似的工作機理和電池結構的鈉離子電池研究取得了突飛猛進的發(fā)展。

為什么要做鈉離子電池？

曾經的“主力隊員”鉛酸電池因其不可避免的環(huán)境污染及無法滿足新國標面臨“退役”問題，而在二次電池中，鋰離子電池的性能雖是最好，但鋰資源的儲量有限。目前70%的鋰資源分布在南美洲，而現(xiàn)階段我國80%鋰資源依賴進口，鋰離子電池難以兼顧電動汽車和電網(wǎng)儲能兩大產業(yè)。從價格方面來說，目前碳酸鋰的價格在4萬元/噸左右，而碳酸鈉平均價僅有0.2萬元/噸左右，鈉離子電池的優(yōu)勢顯而易見。 在2020年9月和12月，***主席兩次向世界宣示中國推進碳達峰、碳中和的愿景目標。2021年4月9日首屆電動中國戰(zhàn)略發(fā)展研討會順利開展，電動化的發(fā)展已是勢不可擋。鈉離子電池技術不僅滿足新能源領域低成本、長壽命和高安全性能等要求，又由于鈉離子電池的鈉資源儲量豐富、分布廣泛、價格低廉、環(huán)境友好、較好的功率特性、寬溫度范圍適應性、安全性能好和兼容鋰離子電池現(xiàn)有生產設備的優(yōu)勢等眾多優(yōu)點，在一定程度上可以緩解鋰資源短缺引發(fā)的儲能電池發(fā)展受限問題，是鋰離子電池的優(yōu)秀替代品。同時還可以替代鉛酸電池，有望在低速電動車、電動船、家庭/工業(yè)儲能、5G通信基站、數(shù)據(jù)中心、可再生能源大規(guī)模接入和智能電網(wǎng)等多個領域快速發(fā)展，推動我國清潔能源技術應用的發(fā)展，提升我國在儲能技術領域的競爭力和影響力。

鈉離子電池研發(fā)現(xiàn)狀

現(xiàn)今，通過世界各個研究組的努力，鈉離子電池在電極材料、電解質材料、表征分析、儲鈉機制探索和電芯技術等方面不斷取得突破，與鈉離子電池相關的文章發(fā)表和專利的申請數(shù)量大幅增加。2020年，美國能源部公布了對電池研究計劃的布局，著力開展對動力電池和儲能電池的基礎研究與先進制造，同時明確了將鈉離子電池作為儲能電池的發(fā)展體系。歐盟儲能計劃“電池2030”項目公布了未來重點發(fā)展的電池體系，其中包括鋰離子電池、非鋰離子電池和未來新型電池，項目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。歐盟“地平線2020研究和創(chuàng)新計劃”更是將“鈉離子材料作為制造用于非汽車應用耐久電池的核心組件”重點發(fā)展項目。目前全球共有十幾家公司正在進行鈉離子電池產業(yè)化開發(fā)，包括英國Faradion公司、法國Timat、美國Natron Energy等公司，以及我國的中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、星空鈉電等公司，都在進行鈉離子電池產業(yè)化的相關布局，均取得了重要成果。 從核心技術層面來看，我國的技術儲備為鈉離子電池在中國的產業(yè)化做好了充分準備。我國在鈉離子電池的研發(fā)方面處于國際領先水平，在核心材料體系方面具有完全獨立自主的知識產權，部分專利還獲得了美國、日本和歐盟的授權。這預示著我國不僅不會在核心技術方面遭遇卡脖子的危險，而且還有機會為鈉離子電池爭取到更大的海外市場。

應用前景

經過近幾年的不斷努力開發(fā)，鈉離子電池的能量密度已慢慢接近鋰離子電池，而且已經有少數(shù)公司開始致力于鈉離子電池產品研發(fā)制造、標準制定以及市場推廣應用等方面的工作。鈉離子電池由于其安全、低溫、快充、低成本和長循環(huán)等優(yōu)勢可應用于大規(guī)模儲能應用場景。儲能是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，值得一提的是，鈉離子電池巨大的儲能市場還包括光伏、風能等新能源接入儲存系統(tǒng)。隨著全球大規(guī)模儲能產業(yè)的飛速發(fā)展，伴隨眾多電化學儲能技術的涌現(xiàn)，作為鋰離子電池技術的重要補充，鈉離子電池將憑借其獨特的優(yōu)勢在儲能領域開拓出廣闊的用武之地。

是什么使得鈉‘熱’了起來？

電動汽車是人們一直以來想去實現(xiàn)、想去做好的事情，儲能問題更是當下的熱點，這些都使得電池近十年獲得了很快的發(fā)展，對于鈉來說，它的儲量很豐富、成本較低、不會對環(huán)境造成污染且具有使用比較安全等優(yōu)勢，因而成為了新寵。要重視人們思想上對電動汽車、對鈉離子電池的接受和認可，能做到這一點，就能讓鈉離子電池發(fā)展的更好。

對于電池制備而言，建立完整的生產線是至關重要但投資巨大的，對于一個科研工作者是如何把控產業(yè)化的呢？

鈉離子電池還有一個優(yōu)點是它可以直接使用現(xiàn)有的鋰離子電池生產線，無需重建新的生產線。不久前，使用鋰離子電池的生產線成功生產了8萬只鈉離子電池，這使得鈉離子電池具有更快的市場化速度。 科研是產業(yè)化的基礎，在帶領團隊產業(yè)化的同時，還必須潛心科研，為實現(xiàn)鈉離子電池充電更快、能量密度更高、安全性更好、成本更低的目標夯實基礎。鈉離子電池具備諸多優(yōu)勢，發(fā)展針對于大規(guī)模儲能應用的鈉離子電池技術具有重要戰(zhàn)略意義，期待著鈉離子電池能夠走進尋常百姓家，成為守護國家能源安全的“主力軍”。

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