圖片來源：視覺中國
科技日報記者?張佳欣
在澳大利亞雅拉山谷中，一場電池技術(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、最深遠的科技之一，但其在生產(chǎn)和回收過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題不容忽視。
于是，固態(tài)電池、鈉離子電池、鋰硫電池等新技術(shù)問世了。一場全球電池界的競爭正在火熱進行中，越來越多科研人員、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?！?/p>
鈉在世界各地隨處可見，提取時耗水量也更少。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，例如，它可以采用成本更低的鋁箔替代銅箔。
澳大利亞迪肯大學電子材料和腐蝕科學主任瑪麗亞·福賽斯表示，從鋰電池轉(zhuǎn)向鈉電池生產(chǎn)的成本會相當?shù)?。從制造的角度來看，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大鈉電池生產(chǎn)規(guī)模。
不僅如此，鈉電池還有一個好處——安全。它能夠被放電至零伏，在儲存和運輸過程中更加安全。較低的易燃風險使其成為更安全的選擇。
然而，這位“新星”也有缺點，那就是能量密度低。對于電動汽車制造商來說，這可能會影響車輛的續(xù)航里程。鋰電池的能量密度在150—220瓦時/千克之間，而鈉電池的能量密度范圍為140—160瓦時/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到8000次至10000次。
科學家正在努力攻克這一難題。2023年，中國科學家和工程師使用一種不同類型的電極實現(xiàn)了6000次循環(huán)。
據(jù)英國廣播公司報道，中國中科海鈉科技責任有限公司在2019年推出了一個100千瓦時的儲能發(fā)電站，證明了鈉電池用于大規(guī)模儲能的可行性。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車也成功向用戶批量交付。
固態(tài)電池帶來變革
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險。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)化之路并非一帆風順。美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院的分子工程學教授雪莉·蒙指出，固態(tài)電池在擴大生產(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，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，已展現(xiàn)出比現(xiàn)代鋰離子電池高50%-100%的能量密度。該公司計劃到2028年其規(guī)模將擴大到每年為80萬輛電動汽車提供動力。
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)存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力已被廣泛認可。韓國LG Energy Solutions公司已成功試飛了一架由鋰硫電池驅(qū)動的無人機，并計劃到2027年批量生產(chǎn)強度為鋰離子電池2倍的鋰硫電池。德國電池初創(chuàng)公司Theion也在積極探索將鋰硫電池引入電動汽車市場的可能性。
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)。
