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為何鈉離子電池可能會取代鋰電池?

鉅大LARGE  |  點擊量:263次  |  2023年12月05日  

鈉是地球上僅次于鋰的第二輕的金屬元素,從元素周期表中來看,鈉與鋰屬于同一族元素,它們的化學性質相似,因此理論上鈉也可以像鋰相同用來做電池。當然了,鈉的原子半徑比鋰要大很多,因為鈉原子比鋰原子要多8個電子,所以自然長得很胖。一旦長胖,就會有很多麻煩,比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中,而且它比鋰要重很多,使得單位質量的電池儲能就要比鋰少。


但是,鈉有一個優點鈉元素在地球上的含量非常高,它在地球上的含量是鋰的幾千倍。我們吃的食鹽里就有大量的鈉,海水中也有非常多的鈉。正因為含量十分豐富,所以鈉比鋰要便宜很多。在市場上,作為鋰原料的碳酸鋰價格每噸要幾萬元;而作為鈉原料的氯化鈉的價格每噸只要幾千元。所以,作為電池來說,鈉電池與鋰離子電池相比的一個突出優點就是便宜,這關于產業化來說是一個非常核心的優勢。因為產業界最關心的是成本。


當然,成本優勢不等于技術優勢,關鍵還要看鈉是不是真的可以做電池。電池的正極材料、負極材料、電解液是三個基本的組成部分,這些對鈉電池來說都沒有原則性的困難。所以鈉電池是可以存在的。以鈉離子電池的負極材料為例,可以做負極的材料有很多種,研究的比較多的重要是硬碳材料。雖然硬碳的儲鈉機理目前還沒有定論,而且不同的人做出的電池負極性能差異比較大,但這只是工藝問題,總有一天能做到標準化的。


實際上,鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池沒有太大的差別,利用的是鈉離子在正負極之間嵌脫過程實現充放電。充電時,鈉離子從正極脫出經過電解質嵌入負極,同時電子補償電荷經外電路供給到負極,保證正負極電荷平衡。放電時則相反,鈉離子從負極脫嵌,經過電解質嵌入正極。在正常的充放電情況下,鈉離子在正負極間的嵌入脫出不應該破壞電極材料的基本化學結構(當然在實際情況下可能會出現一定的記憶效應,也可能導致電極材料的老化)。


那么,鈉離子電池有技術優勢嗎?有的人宣稱在原理上,鈉離子電池的充電時間可以縮短到鋰離子電池的1/5雖然目前這方面的公開數據并不是很充分,于是只能說這是潛在的優點。也有相關資料宣稱,鈉離子電池壽命超過10年,而通常鋰離子電池使用壽命只有3-4年,不過關于這一點是存疑的,根據相關調研,鈉離子電池的重要問題正是循環壽命不高,所以這是一個爭議點。



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