替代鋰電池？鈉電池還需“穿越”一段悠長隧道

2017-12-19 16:03:50 來源:雷鋒網(wǎng) 　點(diǎn)擊量：評論 (0)

眾所周知，鋰離子是手機(jī)、筆記本電腦和汽車電池中的活性成分。但考慮到鋰的成本較高，研究人員們一直在尋找另一種更為豐富的元素來替代它。隨后，一些初創(chuàng)公司和老牌企業(yè)將鈉離子視作活性成分以開發(fā)充電電池，鈉

眾所周知，鋰離子是手機(jī)、筆記本電腦和汽車電池中的活性成分。但考慮到鋰的成本較高，研究人員們一直在尋找另一種更為豐富的元素來替代它。

隨后，一些初創(chuàng)公司和老牌企業(yè)將鈉離子視作活性成分以開發(fā)充電電池，鈉是鋰在元素周期表上的“鄰居”。

除了鈉的易得性之外，它還有其他幾個重要的特性 - 其中最重要的是它的耐火性。“當(dāng)然，它還可以存儲與鋰電池相當(dāng)?shù)哪芰浚@是個不錯的選擇。”斯坦福大學(xué)研究鈉電池的 Minah Lee 說。

如今，許多公司正在開發(fā)鈉電池，其最終目標(biāo)是取代鋰電池。法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)最近就宣布成立了一家坐落于亞眠的創(chuàng)業(yè)公司 Tiamat，該公司將在 2020 年開發(fā)鈉電池并向市場推出。CNRS 表示，它會被設(shè)計(jì)成 18650 那樣的尺寸型號。

還有一家名為 Aquion 的美國創(chuàng)業(yè)公司，它以高容量海水電池儲存能源為核心，Bill Gates 和 Kleiner Perkins 起初為它出資 1.9 億美元。不過，這家公司隨后的發(fā)展甚至走上面臨破產(chǎn)的窘境，在 7 月份，Juline Titans LCC 以 916 萬美元將其收購。

與此同時，一些大學(xué)的研究人員現(xiàn)在正集中研究將電池中的鋰元素?fù)Q成鈉元素。科學(xué)工作者的優(yōu)勢在于，他們可以使用大型儀器(如加速器)來研究陽極材料及其功能。

“我們可以清楚地了解鈉的實(shí)際去向——無論是在細(xì)微的原子層面(如何與其他原子結(jié)合)還是更宏觀層面——以及電極粒子吸收鈉離子時它所產(chǎn)生的變化。”斯坦福大學(xué)負(fù)責(zé) SLAC 國家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究員Michael Toney 是其中之一。

不過，在學(xué)界和企業(yè)紛紛做出研究嘗試之際，電力公司和汽車電力系統(tǒng)制造商對鈉電池的認(rèn)可度卻不高。它們更愿意堅(jiān)持使用鋰電池。 “鋰離子電池技術(shù)現(xiàn)在的成本在各種市場上都非常具有競爭力，” Dosima Research 的電池專家 David Snydacker 解釋，“所以，新的鈉電池要想獲得成功，它不僅要先與傳統(tǒng)技術(shù)競爭，還必須與鋰電池競爭，這是一個很高的要求。”

鈉電池一個尚未解決的問題是找到或創(chuàng)造一個高容量陽極，即電池的負(fù)極。比較符合要求的一種材料是硬碳，它允許在原子間的空間中存儲鈉離子。“鋰離子電池使用的是石墨，但這不適用于鈉離子，”Toney 說，“但我們使用了硬碳，盡管這不是最理想的，也沒人真正了解這種材料。”

可擴(kuò)展性是硬碳的一個重要特征。“我們可以重新調(diào)整不同尺寸的電池，這種電極材料的重點(diǎn)是其可持續(xù)性。它以生物量為基礎(chǔ)，所以如果用量更大的話，你可以物盡其用。”Lee 說道。

而為了尋求市場的認(rèn)可，另一個決定因素是可以用現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)線來生產(chǎn)鈉電池。“對鈉電池的處理方式應(yīng)該與鋰離子電池的非常相似。”

所以，鈉電池可能會從現(xiàn)有生產(chǎn)線中誕生，但問題是要等到什么時候?一種設(shè)想是鈉電池實(shí)際上是很經(jīng)濟(jì)性的，但這種觀點(diǎn)現(xiàn)在依然沒有定論。

與 Tiamat 相關(guān)的研究人員雖然已經(jīng)將 2020 年作為投入生產(chǎn)的最后期限，但他們是否會達(dá)到這一目標(biāo)還有待觀察。法國亞眠大學(xué)的 Mathieu Morcrette 坦承，“還有很多工作要做，我們還沒有達(dá)到目標(biāo)。”

另外，鈉比鋰更便宜的說法在一開始至少也并不成立。 Snydacker 表示：“鈉的價(jià)格確實(shí)比鋰更便宜，在不使用鋰的情況下，成本可以降低 5% 到 10%，但是其余的成本將會相當(dāng)昂貴。但他對未來是樂觀的。

“對鈉電池技術(shù)而言，在長長的隧道盡頭會有一道光亮，”他說，“一旦所有的投資到位，就會有一個價(jià)格合理的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品誕生。新電池技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)并不是制造工藝難以開發(fā)和建設(shè)，而是與那些經(jīng)過深入研究和打磨的技術(shù)相比，新電池技術(shù)無論是在性能還是成本方面，從根本上都不占優(yōu)。”

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