为什么钠离子是电池的未来

钠在世界向电动汽车过渡的过程中会起到什么作用？

随着对电动汽车的需求上升到新的高度，对价格合理、效率高的电池的需求也越来越大。然而，由于电池供应的短缺以及锂是一种有限的资源，锂离子电池的可持续使用实际上是值得怀疑的。

虽然锂离子电池技术在过去十年取得了很大的进步，但人们越来越担心围绕这些电池的创新开始放缓。例如，虽然锂离子电池的价格在过去十年下降了约73%，但从2017年到2021年仅下降了约28%。然而，也许更令人担忧的是，自2021年以来，锂的价格几乎翻了两番！

不用说，如果锂离子技术没有重大突破，我们肯定需要一种替代材料来推动世界向电动汽车过渡。幸运的是，钠似乎是一个可行的选择。它含量丰富，价格便宜，更环保，化学性质与锂相似。

但是，虽然这听起来不错，但钠实际上适合用于电池吗？如果是，为什么还没有人开始量产？

钠电池令人信服的前景

简而言之，一些研究人员认为，钠最终将取代电池中的锂。这是因为，如前所述，钠的化学成分一般与锂相似。所以这两种电池使用的技术其实是一样的。

在锂离子电池中，锂位于电池的阴极和电解质中，而阳极由石墨制成。同样，钠离子电池在阴极和电解液中都使用钠，用某种形式的“硬碳”代替阳极中的石墨。

本质上是木炭的硬碳也比石墨更有益，因为它具有轻而硬的性质。硬碳还可以兼容更广泛的电解质，这使得钠离子电池拥有更宽的安全工作温度范围成为可能。

由于两者差别最小，已经有了功能性钠离子原型。例如，世界上最大的电池制造商之一CATL公司去年推出了一个概念。其能量密度为每千克160瓦时，15分钟即可从0-80%充电完毕。

虽然充电速度令人印象深刻，但能量密度揭示了钠的一个弱点。钠作为锂的替代品在很大程度上被忽视的原因之一是它略重。随着钠重量的增加，钠离子电池的能量密度通常低于锂离子电池。在这种情况下，CATL的钠离子原型的密度为160Wh/kg，而特斯拉即将推出的4680锂电池的密度估计为272-296Wh/kg。

但在人们感到气馁之前，值得一提的是，总部位于英国的电池公司Faradion估计，它将能够获得第一个超过200瓦时/千克的全尺寸钠离子电池。当然，它的电池水平与特斯拉不太一样，但这将使它与其他电动汽车生产的大多数电池相当，后者通常在185瓦时/千克左右徘徊。

因此，除了更便宜、更容易生产、更环保和在极端温度下更稳定之外，这些电池很可能与锂离子电池的能量密度相媲美，尽管钠的重量不利。

钠技术如何改变电动汽车的面貌？

至于钠真正对电动汽车市场产生了怎样的影响，最具革命性的是它的可持续性。从成本的角度，法拉第估计钠离子电池的价格可能比锂离子电池低24-32%。考虑到锂本身通常占电池总成本的30-40%，这一点不难相信。

考虑到电池组可以对电动汽车30%以上的价格负责，这种成本的降低对于平价电动汽车的出现至关重要。如果将一辆价值5万美元的典型电动汽车换成钠离子电池，价格至少会下降4800美元，降幅为9.6%。虽然降价10%不会让电动汽车一夜之间跌破25000美元，但这绝对是朝着正确方向迈出的一步。

可持续发展的另一个标准是这些电池的最终耐用性。历史上，钠离子电池一直被批评耐用性差，这通常源于这些电池的离子容易破坏其内部晶体结构。然而，由于美国能源部太平洋西北国家实验室的突破，这种损害现在可以避免。

PNNL的概念通过调整形成电池电解质的化学反应，克服了钠离子的持久性问题。由于这一变化，PNNL的电池保持了90%以上的容量，超过300次充电循环。是的，这是一个模糊的数值范围，但是，根据电池提供的范围，你可以预计在75，000-90，000英里的过程中有10%的退化。虽然这明显比现在的锂离子电池技术差，但是要记住，更换钠离子电池的经济负担比更换锂离子电池要小得多。

在可回收性方面，钠离子电池可以完全放电到0伏，优于锂电池。相比之下，锂离子电池通常会保留30%的电量，这使得它们在回收时存在潜在的危险。因此，钠离子电池不仅回收更安全，而且缺乏钴或石墨等原材料，这也使它们对环境的危害更小。

总的来说，钠离子电池比锂电池有很多优势，包括成本、环境影响、可用性和安全性，但仍然面临耐用性和能量密度的问题。换句话说，这项技术需要几年的发展才能用于乘用车。

换句话说，这些缺点有的可能在上市时并不那么突出。然而，在此之前，看看这项有前途的技术如何发展，以及它在世界向电动汽车的过渡中发挥什么作用，将是一件有趣的事情。

阅读延伸

新能源汽车和动力电池在产业链上形成了深度绑定关系。动力电池作为新能源汽车的“心脏”，决定了很多关键的车辆性能参数。

整体来看，动力电池沿着高比能量和高安全性两条技术路线发展。随着各种细分技术的不断迭代，未来新能源汽车的动力电池将全面满足车主在续航里程、充电时间、行车安全等方面的需求。480大圆柱电池、固态电池、钠离子电池、非自燃电池等新技术即将投入使用，有望极大缓解新能源车主的痛点。

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