一场技术革命正在上演，谁将“接棒”锂电池？

2024-06-07 17:14:51 来源：中国科技网

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在澳大利亚雅拉山谷中，一场电池技术革命正悄然上演。这里，钠离子电池为住宅楼和商业企业提供稳定的电力支持，迈出可持续电池应用的重要一步。

锂电池几乎凭借一己之力成为影响人们生活最广泛、最深远的科技之一，但其在生产和回收过程中产生的环境问题不容忽视。

于是，固态电池、钠离子电池、锂硫电池等新技术问世了。一场全球电池界的竞争正在火热进行中，越来越多科研人员、技术公司开始寻找更便宜、更环保的锂电池替代品，力争成为新一代的“电池之王”。

钠离子电池崭露头角

钠离子电池这位新晋“选手”正逐步崭露头角。英国电池技术公司Faradion的钠离子电池已经吸引了全球能源公司的目光，其首席执行官詹姆斯·奎因表示：“钠是一种比锂更可持续的电池材料。”

钠在世界各地随处可见，提取时耗水量也更少。提取1吨锂需要的水是钠的682倍。钠电池在材料成本上也更具优势，例如，它可以采用成本更低的铝箔替代铜箔。

澳大利亚迪肯大学电子材料和腐蚀科学主任玛丽亚·福赛斯表示，从锂电池转向钠电池生产的成本会相当低。从制造的角度来看，现有的锂离子电池工厂稍加改造即可生产钠电池，这意味着能够迅速扩大钠电池生产规模。

不仅如此，钠电池还有一个好处——安全。它能够被放电至零伏，在储存和运输过程中更加安全。较低的易燃风险使其成为更安全的选择。

然而，这位“新星”也有缺点，那就是能量密度低。对于电动汽车制造商来说，这可能会影响车辆的续航里程。锂电池的能量密度在150—220瓦时/千克之间，而钠电池的能量密度范围为140—160瓦时/千克。此外，钠电池在其寿命内只能维持很短的充电周期。目前，钠电池的充电周期约为5000次，而磷酸铁锂电池则可达到8000次至10000次。

科学家正在努力攻克这一难题。2023年，中国科学家和工程师使用一种不同类型的电极实现了6000次循环。

据英国广播公司报道，中国中科海钠科技责任有限公司在2019年推出了一个100千瓦时的储能发电站，证明了钠电池用于大规模储能的可行性。今年年初，该公司与江淮汽车旗下品牌钇为联合推出的钠电版电动车也成功向用户批量交付。

固态电池带来变革

固态电池以创新的固态电解质技术，为电池领域带来了新的变革。与传统的液体或水性电解液不同，固态电池采用固体电解质，有效降低了锂枝晶形成的风险。此外，固态电池不易燃，还拥有更高的能量密度和更快的充电速度，使其成为未来电池技术的有力候选者。

然而，固态电池的商业化之路并非一帆风顺。美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院的分子工程学教授雪莉·蒙指出，固态电池在扩大生产规模上可能面临较大挑战，且制造成本目前仍高于锂离子电池。不过，这一领域的突破正不断涌现。例如，Solid Power公司基于硫化物电解质的固态电池设计，已展现出比现代锂离子电池高50%-100%的能量密度。该公司计划到2028年其规模将扩大到每年为80万辆电动汽车提供动力。

锂硫电池成为“新星”

锂硫电池作为新一代电池技术，凭借其独特的结构和材料组合，成为可持续能源领域的“新星”。锂硫电池在组成上与锂离子电池相似，但阴极材料采用了地壳中含量丰富的硫，在开采过程中资源消耗较少，作为天然气加工和石油精炼的副产品，它的供应也很广泛。

锂硫电池的能量密度高达锂离子电池的9倍，意味着它能产生更高的功率。尽管锂硫电池的充电能力尚待提升，但其在电网存储等领域的应用潜力已被广泛认可。韩国LG Energy Solutions公司已成功试飞了一架由锂硫电池驱动的无人机，并计划到2027年批量生产强度为锂离子电池2倍的锂硫电池。德国电池初创公司Theion也在积极探索将锂硫电池引入电动汽车市场的可能性。

可挑战锂电池明星地位的新技术有很多，但目前还没有一种电池类型能够成为替代锂离子电池的全能解决方案，多样化发展的电池技术才是人们所需要的。正如福赛斯所指出的，不需要更换所有电池中的锂，而是需要能够在合适的地方部署合适的电池技术。