康勝新能源消息：“15分鐘內(nèi)充電80%，電池在零下20度時(shí)不會(huì)衰退”。不久前，動(dòng)力電池“第一兄弟”寧德時(shí)報(bào)召開(kāi)了第一代鈉離子電池發(fā)布發(fā)布會(huì)。很多人都叫它：寧德時(shí)代，這是重塑電動(dòng)車！鈉離子電池能否從三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出，引領(lǐng)潮流，成為下一代電池技術(shù)？為什么科幻小說(shuō)很難成為現(xiàn)實(shí)？有點(diǎn)令人驚訝的是，鈉電池的概念是由法國(guó)科幻作家凡爾納在1870年著名的科幻小說(shuō)《海底20000英里》中首次提出的。在小說(shuō)中，鸚鵡螺從海水中獲取電解質(zhì)鈉，并制造一個(gè)鈉電池作為能量驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，因?yàn)殁c元素來(lái)自海水和當(dāng)?shù)夭牧稀蓄A(yù)言的電擊槍、潛艇服和潛艇隧道都一一實(shí)現(xiàn)，但鈉電池潛艇直到20世紀(jì)70年代才取得很大進(jìn)展。
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隨著第三次工業(yè)革命的到來(lái)，鈉離子電池得到了真正的發(fā)展，今天人們非常熟悉的鋰離子電池與鈉電池同時(shí)誕生。如今40多年過(guò)去了，鋰離子電池早已廣泛應(yīng)用于生活中，尤其是作為新能源汽車的核心產(chǎn)品；然而，鈉電池的發(fā)展并不是很順利。長(zhǎng)期以來(lái)，它僅廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能電站和低速車輛。即使在2011年，一些公司也試圖將其產(chǎn)品商業(yè)化。鈉電池，顧名思義，是一種由鈉離子驅(qū)動(dòng)的電池。一種動(dòng)力鋰離子電池，通過(guò)在電池的正負(fù)極之間“繞著”鈉離子運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)充電運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗麄兊摹百|(zhì)量”不合格，他們被遺忘在角落里。
為什么總是不使用鈉離子電池？這實(shí)際上與它的化學(xué)性質(zhì)有著非常直接的關(guān)系。事實(shí)上，鈉電池和鋰離子電池的工作原理是相似的：在電池的陰極，元素失去電子并轉(zhuǎn)變成高價(jià)離子，然后進(jìn)入電解液，通過(guò)隔膜并轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極：盡管離子可以通過(guò)電解液和隔膜，電子不能。它們只能從外部電路運(yùn)行到陽(yáng)極，在外部工作。這是蓄電池的放電過(guò)程。鋰的原子量為6.94，是金屬中最輕的；鋰的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-3.045v，是金屬中最低的；此外，鋰的比容量也是金屬中最高的，其電化學(xué)當(dāng)量最低。這意味著鋰離子電池理論上可以獲得最大的能量密度。在電池領(lǐng)域，如果暫時(shí)不考慮安全和成本因素，能量密度有絕對(duì)的發(fā)言權(quán)——鋰離子電池是開(kāi)發(fā)者的首選。
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然而，當(dāng)你打開(kāi)化學(xué)教科書中的元素周期表時(shí)，離鋰最近的金屬元素是鈉。它們都位于周期表的第一列。最外層的電子數(shù)量相同，化學(xué)性質(zhì)相似，因此它們可以充當(dāng)電荷傳輸器，驅(qū)動(dòng)電池充放電。然而，鈉離子電池的硬損傷也很明顯。首先是缺乏能量密度。鋰的原子量是7，鈉的原子量是23。原子量越小，能量密度越大。因此，當(dāng)三元鋰離子電池的能量密度大于200wh/kg時(shí)，鈉離子電池的能量密度僅為100-150wh/kg。
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即使《寧德時(shí)報(bào)》目前公布的鈉離子電池的能量密度能達(dá)到160whkg，它與鋰離子電池的差別也很明顯，導(dǎo)致電池效率顯著低下。其次，鈉離子半徑比鋰離子半徑大70%，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度極慢，無(wú)法通過(guò)負(fù)極石墨材料，這也成為鈉離子電池商業(yè)化使用的瓶頸。結(jié)果，在20世紀(jì)80年代，當(dāng)科學(xué)技術(shù)還不發(fā)達(dá)時(shí)，鋰離子電池和鈉離子電池走上了一條完全不同的道路：前者迅速商業(yè)化，成為消費(fèi)市場(chǎng)的基本商品，而后者則完全進(jìn)入停滯狀態(tài)。現(xiàn)在，寧德時(shí)報(bào)發(fā)布的鈉離子電池讓更多的人看到了這項(xiàng)“命運(yùn)多舛”的技術(shù)，也為動(dòng)力鋰離子電池的未來(lái)發(fā)展增添了強(qiáng)大的“潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”。
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鋰和鈉有愛(ài)也有恨，但現(xiàn)實(shí)地說(shuō)，鈉電池并非一無(wú)是處。它有兩個(gè)鋰離子電池?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)。首先，就儲(chǔ)量而言，鋰資源的儲(chǔ)量是有限的。數(shù)據(jù)顯示，70%的鋰資源分布在南美，而中國(guó)80%的鋰資源在現(xiàn)階段依賴進(jìn)口。隨著需求的增加，鋰的價(jià)格從最初的38000元噸飆升至160000元噸。此前，中國(guó)工程院院士陳麗泉明確表示，如果世界各地的汽車使用鋰離子電池，全世界的電能都是用鋰離子電池儲(chǔ)存的，鋰是不夠的，所以我們必須考慮新的電池。