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誰(shuí)將“接棒”鋰電池？
來(lái)源： 科技日?qǐng)?bào)
作者：南皮縣產(chǎn)學(xué)研科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)中心
日期：
2024-06-10
在澳大利亞雅拉山谷中，一場(chǎng)電池技術(shù)革命正悄然上演。這里，鈉離子電池為住宅樓和商業(yè)企業(yè)提供穩(wěn)定的電力支持，邁出可持續(xù)電池應(yīng)用的重要一步。
鋰電池幾乎憑借一己之力成為影響人們生活最廣泛、最深遠(yuǎn)的科技之一，但其在生產(chǎn)和回收過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題不容忽視。
于是，固態(tài)電池、鈉離子電池、鋰硫電池等新技術(shù)問(wèn)世了。一場(chǎng)全球電池界的競(jìng)爭(zhēng)正在火熱進(jìn)行中，越來(lái)越多科研人員、技術(shù)公司開始尋找更便宜、更環(huán)保的鋰電池替代品，力爭(zhēng)成為新一代的“電池之王”。
鈉離子電池嶄露頭角
鈉離子電池這位新晉“選手”正逐步嶄露頭角。英國(guó)電池技術(shù)公司Faradion的鈉離子電池已經(jīng)吸引了全球能源公司的目光，其首席執(zhí)行官詹姆斯·奎因表示：“鈉是一種比鋰更可持續(xù)的電池材料。”
鈉在世界各地隨處可見，提取時(shí)耗水量也更少。提取1噸鋰需要的水是鈉的682倍。鈉電池在材料成本上也更具優(yōu)勢(shì)，例如，它可以采用成本更低的鋁箔替代銅箔。
澳大利亞迪肯大學(xué)電子材料和腐蝕科學(xué)主任瑪麗亞·福賽斯表示，從鋰電池轉(zhuǎn)向鈉電池生產(chǎn)的成本會(huì)相當(dāng)?shù)?。從制造的角度?lái)看，現(xiàn)有的鋰離子電池工廠稍加改造即可生產(chǎn)鈉電池，這意味著能夠迅速擴(kuò)大鈉電池生產(chǎn)規(guī)模。
不僅如此，鈉電池還有一個(gè)好處——安全。它能夠被放電至零伏，在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中更加安全。較低的易燃風(fēng)險(xiǎn)使其成為更安全的選擇。
然而，這位“新星”也有缺點(diǎn)，那就是能量密度低。對(duì)于電動(dòng)汽車制造商來(lái)說(shuō)，這可能會(huì)影響車輛的續(xù)航里程。鋰電池的能量密度在150—220瓦時(shí)/千克之間，而鈉電池的能量密度范圍為140—160瓦時(shí)/千克。此外，鈉電池在其壽命內(nèi)只能維持很短的充電周期。目前，鈉電池的充電周期約為5000次，而磷酸鐵鋰電池則可達(dá)到8000次至10000次。
科學(xué)家正在努力攻克這一難題。2023年，中國(guó)科學(xué)家和工程師使用一種不同類型的電極實(shí)現(xiàn)了6000次循環(huán)。
據(jù)英國(guó)廣播公司報(bào)道，中國(guó)中科海鈉科技責(zé)任有限公司在2019年推出了一個(gè)100千瓦時(shí)的儲(chǔ)能發(fā)電站，證明了鈉電池用于大規(guī)模儲(chǔ)能的可行性。今年年初，該公司與江淮汽車旗下品牌釔為聯(lián)合推出的鈉電版電動(dòng)車也成功向用戶批量交付。
固態(tài)電池帶來(lái)變革
固態(tài)電池以創(chuàng)新的固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)，為電池領(lǐng)域帶來(lái)了新的變革。與傳統(tǒng)的液體或水性電解液不同，固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)，有效降低了鋰枝晶形成的風(fēng)險(xiǎn)。此外，固態(tài)電池不易燃，還擁有更高的能量密度和更快的充電速度，使其成為未來(lái)電池技術(shù)的有力候選者。
然而，固態(tài)電池的商業(yè)化之路并非一帆風(fēng)順。美國(guó)芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的分子工程學(xué)教授雪莉·蒙指出，固態(tài)電池在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模上可能面臨較大挑戰(zhàn)，且制造成本目前仍高于鋰離子電池。不過(guò)，這一領(lǐng)域的突破正不斷涌現(xiàn)。例如，Solid Power公司基于硫化物電解質(zhì)的固態(tài)電池設(shè)計(jì)，已展現(xiàn)出比現(xiàn)代鋰離子電池高50%-100%的能量密度。該公司計(jì)劃到2028年其規(guī)模將擴(kuò)大到每年為80萬(wàn)輛電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。
鋰硫電池成為“新星”
鋰硫電池作為新一代電池技術(shù)，憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和材料組合，成為可持續(xù)能源領(lǐng)域的“新星”。鋰硫電池在組成上與鋰離子電池相似，但陰極材料采用了地殼中含量豐富的硫，在開采過(guò)程中資源消耗較少，作為天然氣加工和石油精煉的副產(chǎn)品，它的供應(yīng)也很廣泛。
鋰硫電池的能量密度高達(dá)鋰離子電池的9倍，意味著它能產(chǎn)生更高的功率。盡管鋰硫電池的充電能力尚待提升，但其在電網(wǎng)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力已被廣泛認(rèn)可。韓國(guó)LG Energy Solutions公司已成功試飛了一架由鋰硫電池驅(qū)動(dòng)的無(wú)人機(jī)，并計(jì)劃到2027年批量生產(chǎn)強(qiáng)度為鋰離子電池2倍的鋰硫電池。德國(guó)電池初創(chuàng)公司Theion也在積極探索將鋰硫電池引入電動(dòng)汽車市場(chǎng)的可能性。
可挑戰(zhàn)鋰電池明星地位的新技術(shù)有很多，但目前還沒(méi)有一種電池類型能夠成為替代鋰離子電池的全能解決方案，多樣化發(fā)展的電池技術(shù)才是人們所需要的。正如福賽斯所指出的，不需要更換所有電池中的鋰，而是需要能夠在合適的地方部署合適的電池技術(shù)。
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