2017年7月初，一篇《鈉電池企業(yè)Aquion Energy破產(chǎn) 都是鋰電池惹的禍？》的文章，將鈉離子電池推到了人們視野中。不難發(fā)現(xiàn)，近半年來鈉離子電池的研究發(fā)展進(jìn)入密集化時(shí)期，雖然還沒有進(jìn)入商業(yè)化，但是鈉離子電池?zé)o疑成為鋰電池盛世下的“后起之秀”。

 

目前電池主要應(yīng)用在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能和消費(fèi)類電子等領(lǐng)域，尤其近幾年電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電池特別是鋰離子電池的需求量越來越大，鋰離子電池逐漸暴露其部分局限性：一是鋰資源不足的問題；二是資源循環(huán)利用的問題。這些現(xiàn)實(shí)問題的出現(xiàn)，倒逼著企業(yè)、行業(yè)來選擇儲(chǔ)量更豐富、材料更便宜的電池體系。在不斷的尋找中，鈉離子電池體系日益受到產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。

 

德州大學(xué)達(dá)拉斯分校下屬的埃里克強(qiáng)森工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院材料科技與工程專業(yè)的Kyeongjae Cho教授表示：“鋰的價(jià)格較為昂貴，礦產(chǎn)資源有限，全球只有幾處鋰礦。但鈉就不存在礦產(chǎn)不足的問題，完全可以從海水中提取。”

 

華南理工大學(xué)環(huán)境和能源學(xué)院副教授熊訓(xùn)輝稱，鈉離子電池工作原理與鋰離子電池類似，都是利用離子在正負(fù)極之間嵌脫過程實(shí)現(xiàn)充放電。但前者因鈉資源豐富而成本更低，且因其電壓平臺(tái)高，安全性更高。

 

尋找合適的電極材料一直都是鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。

 

近日，鈉離子電池負(fù)極材料得到突破。熊訓(xùn)輝和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院教授劉美林等經(jīng)過不斷地研究，開發(fā)出通過商業(yè)硫化銻與氧化石墨烯與鈉溶液后混合，再通過控制結(jié)晶和燒結(jié)制備改性石墨烯與納米硫化銻的復(fù)合材料。由該材料和鈉片組裝成的半電池，在快速充放電（充放電40分鐘左右完成）900個(gè)循環(huán)后容量保持率仍高達(dá)83%。

 

據(jù)了解，該復(fù)合材料具有很好的循環(huán)性能，使鈉離子電池實(shí)現(xiàn)應(yīng)用邁近了一大步。

 

除了負(fù)極材料，正極材料也是鈉離子電池的重要戰(zhàn)場(chǎng)。

 

最近，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家科技部和中科院的支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員郭玉國(guó)課題組的研究人員，通過材料動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算并結(jié)合實(shí)驗(yàn)，突破單一金屬離子正極的限制，結(jié)合多種金屬離子優(yōu)勢(shì)，獲得綜合性能優(yōu)異的O3-NaFe0.45Co0.5Mg0.05O2正極材料。

 

據(jù)了解，該方法顯著提升了材料暴露在空氣中甚至浸泡在水中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和容量保持能力，降低了材料的儲(chǔ)存費(fèi)用，促進(jìn)了其實(shí)際應(yīng)用，為將來設(shè)計(jì)高性能鈉離子電池正極材料以及材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了指導(dǎo)。

 

正負(fù)極材料方面不斷傳來佳訊，那么鈉離子電池未來的目標(biāo)市場(chǎng)會(huì)在哪里呢？

 

中國(guó)科學(xué)院物理所研究員胡勇勝表示，未來鈉離子電池可以逐步取代鉛酸蓄電池，在各類低速電動(dòng)車中獲得廣泛應(yīng)用，與鋰離子電池形成互補(bǔ)。

 

目前我國(guó)絕大多數(shù)電動(dòng)自行車、電動(dòng)三輪車甚至老年代步車使用鉛酸蓄電池，但由于鉛酸電池回收渠道、制度等不完善，環(huán)境污染較為嚴(yán)重。盡管鋰電池可以替代鉛酸蓄電池，但鋰資源的儲(chǔ)量問題，鈉離子電池成本更低等讓胡勇勝將鈉離子電池的目標(biāo)市場(chǎng)瞄準(zhǔn)了低速電動(dòng)車市場(chǎng)。他還表示，將來鈉離子電池在儲(chǔ)能方面也會(huì)大放異彩。

 

隨著鈉離子電池的開發(fā)與研究，多家企業(yè)開始布局鈉離子電池以及鈉鹽儲(chǔ)能，超威集團(tuán)就是其中的一個(gè)。

 

2017年年初，超威集團(tuán)與美國(guó)通用電氣公司（General Electric Company，簡(jiǎn)稱“GE”）在浙江長(zhǎng)興舉行Durathon鈉鹽電池合資合作項(xiàng)目簽約儀式。雙方結(jié)合各自的產(chǎn)業(yè)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)，共同創(chuàng)建合資公司，拓展鈉鹽電池的應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)過多年研發(fā)，Durathon鈉鹽電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，它具有產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定、安全性高（不會(huì)燃燒或爆炸）、能量密度大、使用壽命長(zhǎng)的特性。目前，GE已經(jīng)在全球25個(gè)國(guó)家，建成了太陽能、風(fēng)電組合、峰值管理、通訊基站等儲(chǔ)能項(xiàng)目。

 

除了超威集團(tuán)，中聚電池旗下中聚電池研究院早在2015年即發(fā)布全球首臺(tái)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)樣機(jī)。為國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能型鈉離子電池的工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

 

雖然鈉離子電池距離批量生產(chǎn)尚需時(shí)日，但是多家企業(yè)與研究單位都在持續(xù)的開發(fā)中。同時(shí)鈉離子電池應(yīng)用也面臨著一個(gè)問題，雖然成本較低，但是鈉的能量密度要比鋰低20%。如果不在這方面有所突破，其應(yīng)用也將受到限制。