▲近日,又一起储能事故(纽约Chaumont村莱姆小镇附近的太阳能+储能项目电池储能系统设备起火)
锂电池如此不安全,为什么还要用?原因再简单不过,从综合性能来看,锂离子电池还是目前所有电池技术中最优秀的。
而随着新型电池技术的不断涌现,钠电池逐渐进入大众视野。相比之下,钠电池的安全性远高于锂电池。在过充过放、短路、针刺等测试中,能做到不起火、不爆炸。
钠电池最大的优点除了安全,还有低成本。在近期的央视《对话》中,中国电池工业协会副理事长黄学杰提及到:钠离子电池成本更低,把锂电池里所有锂都换成钠,能降30%,这个30%是很大的优势。往往百分之几的价格差,就可能决定一个行业的生死。
▲黄学杰 在央视《对话》中发言
其实早在2020年,电池龙头宁德时代便已开启钠电池业务。今年,宁德时代更是实现钠离子电池产业化,联合奇瑞推出电池品牌“ENER-Q”,将钠离子电池首发落地奇瑞车型。
另外,蜂巢能源、中科海钠、亿纬锂能、孚能科技等电池开发制造企业先后推进钠离子电池项目。就连华为也通过旗下投资平台认购中科海纳13.3%股份,跨界涉猎钠离子电池。
安全又便宜,能避免大部分储能电站事故,钠电池为什么还没取代锂电池呢?
什么是钠离子电池?有哪些优点?
钠离子电池的工作原理和锂离子电池十分相似:
在充电时,电池正极释放出的钠离子通过电解液到达负极材料上。同时,电子通过外部电路进入负极,确保正负电荷平衡。放电时,情况则相反,电子通过外部电路从负极进入正极,产生电流驱动用电装置。
▲钠离子电池充放电原理图
钠、锂电池间重要的不同点是:钠在地球的储藏量远远多于锂。钠在地壳中含量为2.27%,是地壳中第五大储量最丰富的金属,仅次于铝、铁、钙和镁,而锂的储量不足千分之一。所以当投入产业化之后,钠离子电池的成本将大大低于锂电。
此外,钠离子电池在安全方面也具有显著优势。由于钠离子电池的内阻比锂离子电池稍高,在电路发生故障时,瞬发热量较少,能够减小事故发生时电池起火的概率。
▲钠离子电池的优势
钠离子电池为何没大规模应用?
钠离子电池成本低、安全性高,却始终没有得到大规模的应用,是什么成为其发展桎梏?
(1)钠离子电池能量密度偏低。仅为100-150Wh/kg,而锂电能量密度在120-180Wh/kg。这意味着,同等大小的电池,钠离子电池所能储存的能量要比锂离子电池少得多。
再通俗点说,这让钠电池用在新能源汽车、储能电站的“续航”效果都不如锂电池,远难满足各方面的日常需求,是钠电池普及需要攻克的一大点。
(2)钠离子电池循环次数偏低,通常在2000次以上,而锂电循环寿命通常在3000以上。循环次数关乎电池的使用寿命,谁都不愿意使用产品的电池衰退得厉害,所以在工程应用中难以被广泛接受。
(3)产业链不成熟。钠离子电池的正负极材料、电解液等产业链供应商体系也尚未形成规模,上游价格较高,成本优势还不能显现。
这三个缺陷使得钠离子电池在使用场景上受到极大的限制,尤其是在电动汽车领域。
未来的应用前景?
在储能系统领域,尤其是在风力发电领域,钠离子电池有很大的潜力。自然风能等可再生能源的发电存在不稳定性。而电力系统要求高稳定性,这就使得风电不能直接接入电网,需要一个大型的电池组作为风电“缓冲区”。钠离子电池体积小,重量轻,成本低,能够让储能系统更加紧凑节能,更有效的利用可再生能源。
▲国家风光储输示范基地电池组
在氢能领域,钠离子电池能够解决氢能能源储存和转换中的问题。氢能是我国的重要发展战略,它的发展不会改变能源结构,但为带来更节能和环保的新能源发展提供了重大支持。目前氢能发电池容量有限,重量繁重,但钠离子电池能够实现更高的储存容量,更轻的负荷,更便宜的价格。
在电动汽车领域,钠离子电池具有高能量密度,高安全性,易充电,放电寿命长等特点,是可以保证电动汽车长时间行驶的理想电池材料。
▲图源网络
最后是航空航天领域。由于钠电池具有高能量密度、高安全性和较低的价格,因此在航空航天领域也有着广泛的应用前景。例如,可以将钠电池用于卫星等太空器的动力系统,提高其工作效率和可靠性。
写在最后
钠离子电池的走红很大程度是因为锂电池需求倒逼。但锂电材料价格近来持续走低,如果之后锂资源边际供大于求,电池行业的供需关系或将重新平衡。另外,锂电子的商业化程度已经相当成熟,钠离子电池仍处于起步阶段,在技术层面,钠离子电池还有不少需要突破的地方。