2017年7月初，一篇《鈉電池企業Aquion Energy破產 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。不難發現，近半年來鈉離子電池的研究發展進入密集化時期，雖然還沒有進入商業化，但是鈉離子電池無疑成為鋰電池盛世下的“后起之秀”。

 

目前電池主要應用在電動汽車、儲能和消費類電子等領域，尤其近幾年電動汽車和儲能產業的快速發展，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；二是資源循環利用的問題。這些現實問題的出現，倒逼著企業、行業來選擇儲量更豐富、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業的關注。

 

德州大學達拉斯分校下屬的埃里克強森工程與計算機科學學院材料科技與工程專業的Kyeongjae Cho教授表示：“鋰的價格較為昂貴，礦產資源有限，全球只有幾處鋰礦。但鈉就不存在礦產不足的問題，完全可以從海水中提取。”

 

華南理工大學環境和能源學院副教授熊訓輝稱，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極之間嵌脫過程實現充放電。但前者因鈉資源豐富而成本更低，且因其電壓平臺高，安全性更高。

 

尋找合適的電極材料一直都是鈉離子電池發展的關鍵。

 

近日，鈉離子電池負極材料得到突破。熊訓輝和美國佐治亞理工學院材料科學與工程學院教授劉美林等經過不斷地研究，開發出通過商業硫化銻與氧化石墨烯與鈉溶液后混合，再通過控制結晶和燒結制備改性石墨烯與納米硫化銻的復合材料。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個循環后容量保持率仍高達83%。

 

據了解，該復合材料具有很好的循環性能，使鈉離子電池實現應用邁近了一大步。

 

除了負極材料，正極材料也是鈉離子電池的重要戰場。

 

最近，在國家自然科學基金委、國家科技部和中科院的支持下，中國科學院化學所分子納米結構與納米技術重點實驗室研究員郭玉國課題組的研究人員，通過材料動力學理論計算并結合實驗，突破單一金屬離子正極的限制，結合多種金屬離子優勢，獲得綜合性能優異的O3-NaFe0.45Co0.5Mg0.05O2正極材料。

 

據了解，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構穩定性和容量保持能力，降低了材料的儲存費用，促進了其實際應用，為將來設計高性能鈉離子電池正極材料以及材料結構優化提供了指導。

 

正負極材料方面不斷傳來佳訊，那么鈉離子電池未來的目標市場會在哪里呢？

 

中國科學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，在各類低速電動車中獲得廣泛應用，與鋰離子電池形成互補。

 

目前我國絕大多數電動自行車、電動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，環境污染較為嚴重。盡管鋰電池可以替代鉛酸蓄電池，但鋰資源的儲量問題，鈉離子電池成本更低等讓胡勇勝將鈉離子電池的目標市場瞄準了低速電動車市場。他還表示，將來鈉離子電池在儲能方面也會大放異彩。

 

隨著鈉離子電池的開發與研究，多家企業開始布局鈉離子電池以及鈉鹽儲能，超威集團就是其中的一個。

 

2017年年初，超威集團與美國通用電氣公司（General Electric Company，簡稱“GE”）在浙江長興舉行Durathon鈉鹽電池合資合作項目簽約儀式。雙方結合各自的產業、技術優勢，共同創建合資公司，拓展鈉鹽電池的應用領域。經過多年研發，Durathon鈉鹽電池技術實現了商業化，它具有產品性質穩定、安全性高（不會燃燒或爆炸）、能量密度大、使用壽命長的特性。目前，GE已經在全球25個國家，建成了太陽能、風電組合、峰值管理、通訊基站等儲能項目。

 

除了超威集團，中聚電池旗下中聚電池研究院早在2015年即發布全球首臺鈉離子電池儲能系統樣機。為國內儲能型鈉離子電池的工業化奠定了基礎。

 

雖然鈉離子電池距離批量生產尚需時日，但是多家企業與研究單位都在持續的開發中。同時鈉離子電池應用也面臨著一個問題，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，其應用也將受到限制。