為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，國(guó)家近期出臺(tái)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》明確表示，要開(kāi)展低碳零碳負(fù)碳和儲(chǔ)能新材料、新技術(shù)、新裝備攻關(guān)。由此可見(jiàn)，儲(chǔ)能將是未來(lái)能源發(fā)展中的關(guān)鍵所在。
鋰資源價(jià)格一騎絕塵
今年以來(lái)在各類(lèi)市場(chǎng)中，鋰資源價(jià)格上漲明顯。數(shù)據(jù)顯示，今年初，電池級(jí)碳酸鋰的價(jià)格在5.5萬(wàn)元/噸左右；最近，碳酸鋰的價(jià)格已經(jīng)超過(guò)了19萬(wàn)元/噸，漲了將近3倍多。二級(jí)市場(chǎng)中，鋰電池指數(shù)從年初的900點(diǎn)左右，上漲到現(xiàn)在的超過(guò)1700多點(diǎn)，市場(chǎng)中有個(gè)別公司的估值在一年之內(nèi)也翻了好幾倍。
有業(yè)內(nèi)人士表示，今年鋰資源價(jià)格的普漲是由多方面因素導(dǎo)致的。首先，因?yàn)榻衲昕傮w供給偏緊，有缺貨現(xiàn)象存在，大家擔(dān)心價(jià)格還會(huì)漲，造成有人囤貨。另外一方面的原因是需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。從供求角度來(lái)講，由于全球電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域飛速發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)鋰產(chǎn)品的需求量急劇上漲，而鋰項(xiàng)目從選址、設(shè)計(jì)、建設(shè)到投產(chǎn)，需要一定的周期，這就導(dǎo)致供應(yīng)端產(chǎn)品跟不上需求的擴(kuò)張。
有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在全球電化學(xué)規(guī)模儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中，鋰離子電池的占比高達(dá)80%。
鋰離子電池的需求量極大，但是我國(guó)在鋰資源開(kāi)發(fā)方面還存在不小的難度，進(jìn)口比重較大。有專(zhuān)家建議，從國(guó)家戰(zhàn)略和能源儲(chǔ)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，新材料電池研發(fā)應(yīng)盡早提上議事日程。
鈉離子電池進(jìn)入選擇視野
近段時(shí)間由于鋰資源價(jià)格的不斷飆升，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上各種各樣的離子電池層出不窮，鈉電池、鉀電池、釩電池，等等。
做了十年鈉離子電池基礎(chǔ)研究的中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝說(shuō)：“作為最接近鋰離子電池技術(shù)的鈉離子電池，應(yīng)該是最快能夠大規(guī)模使用的。”他表示，在二十世紀(jì)六七十年代，出現(xiàn)了能在高溫下運(yùn)作、使用金屬鈉做負(fù)極、單質(zhì)硫做正極的高溫鈉硫電池。
胡勇勝還表示，與其他離子電池相比，鈉與鋰在元素周期表中更為接近，因此也具有更多方面的優(yōu)勢(shì)。首先，相比鋰資源的稀缺與分布不均，鈉資源可謂儲(chǔ)量豐富且分布廣泛，這就使得鈉離子電池的制造成本更低且無(wú)發(fā)展瓶頸。其次，在鋰離子電池的許多材料中，鎳和鈷是不可或缺的元素，但這些都是貴金屬。而鈉離子電池不一樣，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，鈉離子電池在正極材料上可脫離這些貴金屬，轉(zhuǎn)而使用更為廉價(jià)的金屬，在負(fù)極材料上也獲得了最高的性價(jià)比。
“電解液是連接正極與負(fù)極的橋梁，也是離子傳輸?shù)谋亟?jīng)之路。按常理來(lái)說(shuō)，電解液中離子濃度越高，越有利于離子的傳導(dǎo)。但濃度的上升也會(huì)帶來(lái)黏度變大等其他問(wèn)題，故不能一味地追求高濃度。”胡勇勝說(shuō)，“相比鋰離子，即使低濃度的鈉鹽電解液也能同樣具有較高的離子電導(dǎo)率，從而減小了黏度所帶來(lái)的影響。”
胡勇勝說(shuō)，鈉離子電池比鋰離子電池有更優(yōu)的倍率性能，即可以在短時(shí)間內(nèi)充滿電且容量保持率高。電池可以正常工作的溫度區(qū)間也比鋰離子電池好。相比鋰離子電池，鈉離子電池可以在低至約-40℃、高至約80℃的環(huán)境中正常工作。
有人覺(jué)得鈉的性質(zhì)比鋰更為活潑，制造出的電池安全嗎？對(duì)此，胡勇勝表示：“這點(diǎn)大可不必?fù)?dān)心。為了避免由此帶來(lái)的安全問(wèn)題，鈉離子電池不會(huì)選用金屬鈉單質(zhì)作為負(fù)極材料，而會(huì)選用碳類(lèi)材料作為負(fù)極、鈉的化合物作為正極。無(wú)論是碳類(lèi)材料還是鈉的化合物都是穩(wěn)定的。在安全性測(cè)試中，鈉離子電池能展現(xiàn)出良好的安全性能。”
事物都具有兩面性，鈉離子電池也有自身短板，需要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。有專(zhuān)家表示，鈉離子的體積比鋰離子大很多，假設(shè)鋰離子是乒乓球大小，鈉離子大概就有足球大小，所以在游走時(shí)的速度就較慢，不易擊穿電池隔膜，同時(shí)，這個(gè)“大家伙”攜帶的電子量實(shí)際比鋰還低，這就導(dǎo)致了一個(gè)缺點(diǎn)——能量密度較低，也就是體積大小相同的時(shí)候，鈉離子電池釋放的能量要比磷酸鐵鋰電池釋放的能量要少。除此之外，有數(shù)據(jù)顯示，拿循環(huán)壽命相比，目前磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命已經(jīng)達(dá)到了10000次，而鈉離子電池的循環(huán)壽命只能達(dá)到5000次，如果儲(chǔ)能時(shí)間足夠長(zhǎng)的話，鈉離子電池的壽命仍待提升。
多樣化儲(chǔ)能更顯重要性
近期，主做鋰電池的儲(chǔ)能一哥“寧德時(shí)代”發(fā)布了第一代鈉離子電池。據(jù)悉，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面，目前國(guó)內(nèi)有多家公司已紛紛開(kāi)展在多樣化儲(chǔ)能方面的探索和實(shí)踐。在鈉離子電池方面，華陽(yáng)股份與中科海鈉開(kāi)展深度合作，共同成立了生產(chǎn)鈉離子電池的子公司，中科海鈉在2020年已經(jīng)建立過(guò)一定規(guī)模的鈉離子生產(chǎn)線，依托中科豐富的生產(chǎn)工藝制造經(jīng)驗(yàn)，2022年華陽(yáng)將真正形成鈉離子電池、鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)銷(xiāo)售。在氫燃料電池方面，驥翀氫能創(chuàng)始人付宇表示，氫燃料電池不需要經(jīng)過(guò)“燃燒”，就能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接把氫燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，同時(shí)生成水，是零污染零排放的“未來(lái)能源”。
有諸多學(xué)者和專(zhuān)家表示，多樣化儲(chǔ)能是未來(lái)能源發(fā)展中的關(guān)鍵所在。光伏、風(fēng)電等新能源電力間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)較為明顯，儲(chǔ)能則能夠保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)均有相關(guān)的應(yīng)用。另外，分時(shí)電價(jià)機(jī)制也對(duì)儲(chǔ)能裝機(jī)需求大增。
今年，中科院物理所與中科海鈉在山西太原綜改區(qū)聯(lián)合推出了全球首套1MWh鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，這個(gè)項(xiàng)目通俗地說(shuō)就是大儲(chǔ)量電池，并成功投入運(yùn)行。胡勇勝說(shuō)，該系統(tǒng)以自主研發(fā)的鈉離子電池為儲(chǔ)能主體，結(jié)合市電、光伏和充電設(shè)施構(gòu)成一個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理；具有靈活的運(yùn)行模式和調(diào)度管理性能，既能并入大電網(wǎng)運(yùn)行，又能獨(dú)立孤島運(yùn)行；聯(lián)網(wǎng)模式下與大電網(wǎng)一起分擔(dān)用戶的供電需求，孤島模式下保證用戶尤其是重要用戶的正常用電。“‘十四五’期間，鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將達(dá)到百兆瓦時(shí)級(jí)別，這樣就能夠更好地將風(fēng)能、太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)，從而更好滿足儲(chǔ)能要求。”
在整個(gè)儲(chǔ)能體系當(dāng)中，鈉離子電池與鋰離子電池以及其他儲(chǔ)能方式之間并不是完全替代的關(guān)系，而是你中有我、我中有你的共存關(guān)系。從目前的發(fā)展水平來(lái)看，鈉離子電池可能還無(wú)法滿足手機(jī)這類(lèi)具有較大電量需求的電子產(chǎn)品，但由于低成本、高安全、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，鈉離子電池可以與鋰離子電池形成互補(bǔ)，并且可以逐漸取代鉛酸電池，在大規(guī)模儲(chǔ)能和交通工具上使用。
原標(biāo)題：儲(chǔ)能電池：詳解鈉離子電池
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