康勝新能源消息:“15分鐘內充電80%,電池在零下20度時不會衰退”。不久前,動力電池“第一兄弟”寧德時報召開了第一代鈉離子電池發布發布會。很多人都叫它:寧德時代,這是重塑電動車!鈉離子電池能否從三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池等競爭對手中脫穎而出,引領潮流,成為下一代電池技術?為什么科幻小說很難成為現實?有點令人驚訝的是,鈉電池的概念是由法國科幻作家凡爾納在1870年著名的科幻小說《海底20000英里》中首次提出的。在小說中,鸚鵡螺從海水中獲取電解質鈉,并制造一個鈉電池作為能量驅動前進,因為鈉元素來自海水和當地材料。書中預言的電擊槍、潛艇服和潛艇隧道都一一實現,但鈉電池潛艇直到20世紀70年代才取得很大進展。
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隨著第三次工業革命的到來,鈉離子電池得到了真正的發展,今天人們非常熟悉的鋰離子電池與鈉電池同時誕生。如今40多年過去了,鋰離子電池早已廣泛應用于生活中,尤其是作為新能源汽車的核心產品;然而,鈉電池的發展并不是很順利。長期以來,它僅廣泛應用于儲能電站和低速車輛。即使在2011年,一些公司也試圖將其產品商業化。鈉電池,顧名思義,是一種由鈉離子驅動的電池。一種動力鋰離子電池,通過在電池的正負極之間“繞著”鈉離子運行來實現充電運動。因為他們的“質量”不合格,他們被遺忘在角落里。
為什么總是不使用鈉離子電池?這實際上與它的化學性質有著非常直接的關系。事實上,鈉電池和鋰離子電池的工作原理是相似的:在電池的陰極,元素失去電子并轉變成高價離子,然后進入電解液,通過隔膜并轉移到陽極:盡管離子可以通過電解液和隔膜,電子不能。它們只能從外部電路運行到陽極,在外部工作。這是蓄電池的放電過程。鋰的原子量為6.94,是金屬中最輕的;鋰的標準電極電位為-3.045v,是金屬中最低的;此外,鋰的比容量也是金屬中最高的,其電化學當量最低。這意味著鋰離子電池理論上可以獲得最大的能量密度。在電池領域,如果暫時不考慮安全和成本因素,能量密度有絕對的發言權——鋰離子電池是開發者的首選。
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然而,當你打開化學教科書中的元素周期表時,離鋰最近的金屬元素是鈉。它們都位于周期表的第一列。最外層的電子數量相同,化學性質相似,因此它們可以充當電荷傳輸器,驅動電池充放電。然而,鈉離子電池的硬損傷也很明顯。首先是缺乏能量密度。鋰的原子量是7,鈉的原子量是23。原子量越小,能量密度越大。因此,當三元鋰離子電池的能量密度大于200wh/kg時,鈉離子電池的能量密度僅為100-150wh/kg。
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即使《寧德時報》目前公布的鈉離子電池的能量密度能達到160whkg,它與鋰離子電池的差別也很明顯,導致電池效率顯著低下。其次,鈉離子半徑比鋰離子半徑大70%,導致運動速度極慢,無法通過負極石墨材料,這也成為鈉離子電池商業化使用的瓶頸。結果,在20世紀80年代,當科學技術還不發達時,鋰離子電池和鈉離子電池走上了一條完全不同的道路:前者迅速商業化,成為消費市場的基本商品,而后者則完全進入停滯狀態?,F在,寧德時報發布的鈉離子電池讓更多的人看到了這項“命運多舛”的技術,也為動力鋰離子電池的未來發展增添了強大的“潛在競爭對手”。
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鋰和鈉有愛也有恨,但現實地說,鈉電池并非一無是處。它有兩個鋰離子電池無法比擬的優點。首先,就儲量而言,鋰資源的儲量是有限的。數據顯示,70%的鋰資源分布在南美,而中國80%的鋰資源在現階段依賴進口。隨著需求的增加,鋰的價格從最初的38000元噸飆升至160000元噸。此前,中國工程院院士陳麗泉明確表示,如果世界各地的汽車使用鋰離子電池,全世界的電能都是用鋰離子電池儲存的,鋰是不夠的,所以我們必須考慮新的電池。