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鈉離子電池在儲能領域暫露頭角

文章來源:中國工業新聞 作者:【*】 點擊:次 時間:2021/6/30 9:03:34

鈉離子電池在儲能領域暫露頭角


  中國電子信息產業發展研究院消費品工業研究所  


  凌黎明 楊俊峰 于娟 王曦 李博洋


  一、鈉離子電池登上歷史舞臺


  近日,鋰離子電池龍頭企業寧德時代宣布將在2021年7月份發布鈉離子電池,從而引發市場熱議。據國內制造商中科海鈉科技責任有限公司(中科海鈉)統計,截至2020年,全球已約有20多家企業從事鈉離子電池研發和產業化。中科海鈉于6月28日發布世界首個1MWh鈉離子電池儲能系統。這意味著,繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學儲能體系后,鈉離子電池已在儲能領域暫露頭角,有望推動新能源產業的進一步發展和繼續變革。


  二、鈉離子電池具備規?;瘍δ軆瀯?/strong>


  鈉離子電池主要由四部分組成,即正極、負極、隔膜和無水的含鹽電解液。電極主要由活性物質、集流體、粘結劑和導電劑組成,其中活性物質一般采用鈉離子能夠容易嵌入/脫出的材料,如過渡金屬層狀氧化物和硬炭。作為新型電化學儲能技術,典型的鈉離子電池使用搖椅原則進行能量的儲存和釋放,工作原理類似于鋰離子電池。充電時,鈉離子從正極材料主體結構中脫出經電解液嵌入負極材料主體結構,同時電子經外電路流動到負極。相反地是,放電時鈉離子從負極材料主體結構中移出,經過電解液進入正極材料主體結構。


  較鋰而言,鈉有諸多優勢。(1)鈉是地殼中儲量第六豐富的元素(2.83%),地理分布均勻,成本低廉,不會引發新型“石油”危機;而鋰在地殼儲量僅為0.002%,且全球分布具有地域性。(2)低電壓下,鋁不會和鈉合金化,因此鈉離子電池負極可使用鋁集流體而不必使用銅集流體,從而降低電池的成本和重量。(3)鈉元素和鋰元素有相似的物理化學特性及插層儲存機制。這些優勢賦予鈉離子電池在規?;瘍δ苤械暮诵母偁幜Γ撼杀镜?、資源豐富及相對不錯的電化學儲能性能。因此,高性價比的鈉離子電池有望成為鋰離子電池的有效替代選擇和發展大規模儲能的潛在關鍵技術。


  三、加快推動鈉離子電池在儲能領域產業化的對策建議


  鈉離子電池的產業化將改善鋰離子電池在大規模儲能應用中面臨的成本困境、資源制約和安全隱患。為有效利用鈉離子電池的相關優勢,推動鈉離子電池在儲能領域成功產業化,我們提出下述建議:


  1. 借鑒電化學儲能共性經驗


  由于鈉元素和鋰元素有相似的物理化學特性及儲存機制,使得借鑒鋰離子電池產業化之路來推動鈉離子電池產業化成為可能和必須。(1)做好產業規劃,統籌兼顧產業鏈各環節,加強上下游協作協同,從而完善產業鏈和降低生產成本。這涉及到核心技術研發、原材料采集、電池材料生產、電芯制備、PACK及模組集成等。(2)打造各環節產業龍頭及產業示范基地,發揮標桿引領作用,以規?;獛赢a業高質量發展。(3)加強頂層設計,充分發揮法規約束、標準引領和政策優惠的勢能,助力鈉離子電池產業健康發展,減小無序競爭和資源浪費,推動中國儲能產業做大做強。


  2. 根據鈉離子電池儲能特性揚長避短


  鈉離子電池有其自身特性,如石墨不能直接用作鈉離子電池負極材料;鈉離子半徑半徑較大,其標準電化學電位較低;鈉元素相對原子質量約是鋰元素的3倍。此類特性決定了鈉離子電池和鋰離子電池的差異性,從而影響各自的儲能產品特性及市場需求滿足度。(1)加強技術研發,突破鈉離子電池在科研和產業層面的技術瓶頸,進一步加強其資源成本優勢和有效提升其儲能能力。(2)加強市場調研,基于已有技術基礎和預期可挖掘技術潛力,打造滿足市場局部需求的特性產品,是鈉離子電池成功產業化的重要舉措。


  詩云:誰無暴風勁雨時,守得云開見月明。相信在“以創新驅動、高質量供給引領和創造新需求”戰略大力引領下,經多年科學和產業研究的鈉離子電池有望在儲能領域嶄露頭角,推動國家儲能產業發展,促進碳中和目標早日實現。


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