你是否曾經想過,我們日常生活中常見的食鹽,有一天會成為推動科技進步的關鍵元素?隨著科技的發展,一種新型電池——鈉離子電池,正在逐漸進入我們的視野。那么,鈉離子電池究竟是什么?它又將如何改變我們的生活呢?
1鈉離子電池是什么?
鈉離子電池是一種使用鈉離子作為電荷載體的可充電電池。該電池主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作,包括正極、負極、電解液,隔膜、集流體五個部分。與我們熟知的鋰離子電池相比,鈉離子電池的主要區別在于其使用鈉元素而非鋰元素作為主要活性物質。
2鈉離子電池的發展背景
為什么鈉離子電池發展突飛猛進?我們從兩個方面加以分析。 1.鋰離子電池發展存在的主要矛盾
我國“3060”碳中和目標,促使新能源產業得到大力發展。鋰離子電池得到成熟應用。全球鋰資源需求大增。導致鋰供給不足。鋰比較稀有,而且只在少數國家開采。從全球的范圍看,鋰資源短缺的趨勢愈發明顯。
鋰是揮發性金屬,易燃或爆炸。鋰離子電池存在一定安全風險。
2. 鈉離子電池展現的優勢
鈉相對穩定,制造更安全,回收更安全。
鈉資源豐富,開采更容易,比鋰便宜得多。鈉在任何有海水或鹽礦的地方都有可能被發現。
3鈉離子電池的工作原理與分類
鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似,均是“搖椅式”二次電池,差別只在于利用元素周期表同組,化學特性相近的鈉取代鋰。實際工作場景中,鈉離子電池的工作原理參見下表。
狀態 | 說明 | 電流產生 |
---|---|---|
充電狀態 | 鈉離子(Na+)從正極材料脫嵌,經過電解液和隔膜嵌入到負極,使正極處于高電勢的貧鈉態,負極處于低電勢的富鈉態。電子的補償電荷經過外電路供給到負極,使得正極發生氧化反應,負極發生還原反應,保證正/負極電荷平衡。 | 充電時鈉離子(Na+)移動到負極,放電時鈉離子(Na+)移動到正極。鈉離子(Na+)的來回移動類似“搖椅”。這種移動過程使得電子在電路中流動,從而產生電流。 |
放電狀態 |
鈉離子(Na+)從負極材料中脫嵌,經過電解液和隔膜嵌入到正極,使正極處于富鈉態,負極處于貧鈉態。外電路中電子也隨之移動來保持電荷平衡。 |
鈉離子分類參見下表。
分類 | 材料體系 |
---|---|
鈉硫電池 | 金屬鈉作為負極,非金屬硫作為正極;β-AI203陶殼管同時充當電解質和隔膜 |
鈉鹽電池 | 鈉鹽電池是鈉/金屬氯化物電池,其正極為金屬鈉,負極為金屬氯化物,電解質為β-AI203陶殼管和NaAICI4 熔融鹽復合電解質 |
鈉-空氣電池 | 鈉-空氣電池以金屬鈉作為負極材料,空氣中的氧氣作為正極活性物質 |
4市場主流二次電池核心特征對比
類型 | 鈉離子電池 | 鉛酸電池 | 磷酸鐵鋰電池 | 三元鋰電池 |
---|---|---|---|---|
能量密度(Wh/kg) | 120-160 | 40 | 150-200 | ?160-350? |
循環壽命 | 高 | 極低 | 高 | 一般 |
熱穩定性 | 優 | 優 | 優 | 較優 |
低溫性能 | 優 | 差 | 一般 | 較優 |
快充性能 | 較優 | - | 一般 | 優 |
材料成本 | 低 | - | 一般 | 較高 |
環保情況 | 最優 | 鉛污染 | 優 | 鈷、鎳污染 |
根據對比,鈉離子電池具有以下優勢:
資源豐富:鈉資源在全球范圍內分布廣泛,且價格低廉。
安全性高:鈉離子電池的熱穩定性較好,不易發生過熱或爆炸等安全事故。
環保性能好:鈉離子電池的生產過程對環境影響較小。
因此,鈉離子電池具有替代鋰離子電池的潛力。
5鈉離子電池的應用場景
目前,中國新能源汽車工業所需要的鋰資源(碳酸鋰)中有80%仍然依賴進口,而且鋰資源不足以同時支撐動力電池、消費電池和儲能電池三條賽道的巨大需求,發展鈉離子電池有其必要性和緊迫性。
鈉離子電池已經在一些特定領域得到了應用,如儲能系統、電動汽車等。2024年6月大唐湖北100兆瓦/200兆瓦時鈉離子新型儲能電站實現了鈉離子電池在全球的首次大規模商業化應用。
特別是鈉離子電池在極寒地區具有耐低溫的突出優勢,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池技術短期無法彌補這一短板。隨著技術的進步和成本的降低,鈉離子電池有望在未來得到更廣泛的應用。
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原文標題:還只知道鋰離子?鈉離子電池已經來了!
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