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2021 年 08 月 17 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

食盐里的钠能做动力电池

  日前,全球动力电池“老大”宁德时代发布了第一代钠离子电池,狠狠地狙击了目前新能源领域广泛使用的锂离子电池。如果这项技术真能实现动力电池的飞跃,那么这一天在人类储能史上将值得被记上一笔!

  根据宁德时代发布的数据,这款新一代钠离子电池电芯单体能量密度可达160瓦时/千克,常温下充电15分钟电量就可达80%以上,在-20℃低温环境中也拥有90%以上的放电保持率。同时,其系统集成效率可达80%以上,热稳定性也远超国家强制标准的安全要求。

  消息一出,业内哗然!要知道,目前占据锂离子电池销量和市场份额全球第一的正是宁德时代自己,为啥要自己狙击自己的生意呢?让我们从最基础的化学元素“钠离子”的特性说起。

  食盐里的钠能做动力电池?

  首先要清楚的是,钠和钠离子是不同的。钠,是大家都比较熟悉的一种化学元素。厨房里的食用盐,主要化学成分就是氯化钠。钠离子则是由钠(钠原子)失去最外层的一个电子得到的。失去一个电子的钠离子带一个正电,氯离子带一个负电,所以氯化钠就达成了电中性,吃盐才不会被电。

  说到底钠离子是一种金属阳离子。在化学元素周期表上,钠是和锂离得最近的同族金属元素,两者最外层电子数相同,化学性质相似。所以钠离子和锂离子一样可以用来制作动力电池。而且,钠比锂便宜很多,理论上钠离子不但可以做电池,成本还比锂离子电池低30%~40%。

  那么,为什么一开始动力电池没有采用钠而是用的锂呢?因为钠离子半径比锂离子大70%,这导致它的能量密度要低很多。“能量密度”是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。用来衡量电池的电量,就是单位体积的电池所储存的电量。也就是说,能量密度越低“装得下的电量越少”。同样大小的一块电池,钠离子电池要比锂离子电池装得少,对电动汽车而言就是续航时间缩短。而要储存同样多的电量,钠离子电池就得比锂电池做得“大坨”,在设计安全和美观上也是个问题。

  钠离子电池能量密度提升

  而这一次,钠离子电池的能量密度有了新变化。宁德时代宣称通过对电池正极材料的更新,使第一代钠离子电池电芯单体能量密度能达到160瓦时/千克,下一代钠离子电池能量密度更有望突破200瓦时/千克。这就为钠离子电池的商业化提供了底气。要知道,目前正在使用的锂离子电池中,最高的三元锂电池的能量密度在150~350瓦时/千克,而普通磷酸铁锂电池也不过在150~210瓦时/千克之间。尽管有质疑声称,电芯能量密度不能代表电池包整体的能量密度,但不可否认两者能量密度的差距正在缩小。

  当然,导致钠离子电池被重新青睐,还有一个非常重要的因素是“钠”的储量比“锂”多。锂这种元素在地壳当中的含量仅有0.0065%,中国目前80%都依赖进口,价格也越来越贵。就算不考虑价格,在不采用循环回收的情况下,全球现有的锂资源也在数年之内就会耗尽。而钠在自然界非常常见。食盐里就有,大海里也有,钠离子资源不要太丰富,不用担心被国际市场“卡脖子”。宁德时代急着推出钠离子电池,想必也是出于对锂资源短缺的未雨绸缪。

  新能源之争,说到底就是动力电池之争。目前发布的数据使这款钠离子电池同时具备了高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等多重优点,如果在真正推向市场之前,能将所有的不确定性稳定下来,不排除有影响未来世界能源市场格局,赢得能源革命先机的可能性。(本报综合)

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