鈉離子電池在儲能領域暫露頭角

時間:2021-06-30

來源:中國工業(yè)新聞

導語:近日,鋰離子電池龍頭企業(yè)寧德時代宣布將在2021年7月份發(fā)布鈉離子電池,從而引發(fā)市場熱議。據(jù)國內(nèi)制造商中科海鈉科技責任有限公司(中科海鈉)統(tǒng)計,截至2020年,全球已約有20多家企業(yè)從事鈉離子電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

  一、鈉離子電池登上歷史舞臺

  中科海鈉于6月28日發(fā)布世界首個1MWh鈉離子電池儲能系統(tǒng)。這意味著,繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學儲能體系后,鈉離子電池已在儲能領域暫露頭角,有望推動新能源產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展和繼續(xù)變革。

  二、鈉離子電池具備規(guī)模化儲能優(yōu)勢

  鈉離子電池主要由四部分組成,即正極、負極、隔膜和無水的含鹽電解液。電極主要由活性物質(zhì)、集流體、粘結劑和導電劑組成,其中活性物質(zhì)一般采用鈉離子能夠容易嵌入/脫出的材料,如過渡金屬層狀氧化物和硬炭。作為新型電化學儲能技術,典型的鈉離子電池使用搖椅原則進行能量的儲存和釋放,工作原理類似于鋰離子電池。充電時,鈉離子從正極材料主體結構中脫出經(jīng)電解液嵌入負極材料主體結構,同時電子經(jīng)外電路流動到負極。相反地是,放電時鈉離子從負極材料主體結構中移出,經(jīng)過電解液進入正極材料主體結構。

  較鋰而言,鈉有諸多優(yōu)勢。(1)鈉是地殼中儲量第六豐富的元素(2.83%),地理分布均勻,成本低廉,不會引發(fā)新型“石油”危機;而鋰在地殼儲量僅為0.002%,且全球分布具有地域性。(2)低電壓下,鋁不會和鈉合金化,因此鈉離子電池負極可使用鋁集流體而不必使用銅集流體,從而降低電池的成本和重量。(3)鈉元素和鋰元素有相似的物理化學特性及插層儲存機制。這些優(yōu)勢賦予鈉離子電池在規(guī)模化儲能中的核心競爭力:成本低、資源豐富及相對不錯的電化學儲能性能。因此,高性價比的鈉離子電池有望成為鋰離子電池的有效替代選擇和發(fā)展大規(guī)模儲能的潛在關鍵技術。

  三、加快推動鈉離子電池在儲能領域產(chǎn)業(yè)化的對策建議

  鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化將改善鋰離子電池在大規(guī)模儲能應用中面臨的成本困境、資源制約和安全隱患。為有效利用鈉離子電池的相關優(yōu)勢,推動鈉離子電池在儲能領域成功產(chǎn)業(yè)化,我們提出下述建議:

  1. 借鑒電化學儲能共性經(jīng)驗

  由于鈉元素和鋰元素有相似的物理化學特性及儲存機制,使得借鑒鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化之路來推動鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化成為可能和必須。(1)做好產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,統(tǒng)籌兼顧產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié),加強上下游協(xié)作協(xié)同,從而完善產(chǎn)業(yè)鏈和降低生產(chǎn)成本。這涉及到核心技術研發(fā)、原材料采集、電池材料生產(chǎn)、電芯制備、PACK及模組集成等。(2)打造各環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)龍頭及產(chǎn)業(yè)示范基地,發(fā)揮標桿引領作用,以規(guī)?;獛赢a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。(3)加強頂層設計,充分發(fā)揮法規(guī)約束、標準引領和政策優(yōu)惠的勢能,助力鈉離子電池產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,減小無序競爭和資源浪費,推動中國儲能產(chǎn)業(yè)做大做強。

  2. 根據(jù)鈉離子電池儲能特性揚長避短

  鈉離子電池有其自身特性,如石墨不能直接用作鈉離子電池負極材料;鈉離子半徑半徑較大,其標準電化學電位較低;鈉元素相對原子質(zhì)量約是鋰元素的3倍。此類特性決定了鈉離子電池和鋰離子電池的差異性,從而影響各自的儲能產(chǎn)品特性及市場需求滿足度。(1)加強技術研發(fā),突破鈉離子電池在科研和產(chǎn)業(yè)層面的技術瓶頸,進一步加強其資源成本優(yōu)勢和有效提升其儲能能力。(2)加強市場調(diào)研,基于已有技術基礎和預期可挖掘技術潛力,打造滿足市場局部需求的特性產(chǎn)品,是鈉離子電池成功產(chǎn)業(yè)化的重要舉措。

  詩云:誰無暴風勁雨時,守得云開見月明。相信在“以創(chuàng)新驅(qū)動、高質(zhì)量供給引領和創(chuàng)造新需求”戰(zhàn)略大力引領下,經(jīng)多年科學和產(chǎn)業(yè)研究的鈉離子電池有望在儲能領域嶄露頭角,推動國家儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進碳中和目標早日實現(xiàn)。

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