为何钠离子电池可能会取代锂电池?

2023-12-05      244 次浏览

钠是地球上仅次于锂的第二轻的金属元素,从元素周期表中来看,钠与锂属于同一族元素,它们的化学性质相似,因此理论上钠也可以像锂相同用来做电池。当然了,钠的原子半径比锂要大很多,因为钠原子比锂原子要多8个电子,所以自然长得很胖。一旦长胖,就会有很多麻烦,比如它不能像锂那样嵌入到石墨中,而且它比锂要重很多,使得单位质量的电池储能就要比锂少。


但是,钠有一个优点钠元素在地球上的含量非常高,它在地球上的含量是锂的几千倍。我们吃的食盐里就有大量的钠,海水中也有非常多的钠。正因为含量十分丰富,所以钠比锂要便宜很多。在市场上,作为锂原料的碳酸锂价格每吨要几万元;而作为钠原料的氯化钠的价格每吨只要几千元。所以,作为电池来说,钠电池与锂离子电池相比的一个突出优点就是便宜,这关于产业化来说是一个非常核心的优势。因为产业界最关心的是成本。


当然,成本优势不等于技术优势,关键还要看钠是不是真的可以做电池。电池的正极材料、负极材料、电解液是三个基本的组成部分,这些对钠电池来说都没有原则性的困难。所以钠电池是可以存在的。以钠离子电池的负极材料为例,可以做负极的材料有很多种,研究的比较多的重要是硬碳材料。虽然硬碳的储钠机理目前还没有定论,而且不同的人做出的电池负极性能差异比较大,但这只是工艺问题,总有一天能做到标准化的。


实际上,钠离子电池的工作原理与锂离子电池没有太大的差别,利用的是钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。充电时,钠离子从正极脱出经过电解质嵌入负极,同时电子补偿电荷经外电路供给到负极,保证正负极电荷平衡。放电时则相反,钠离子从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极。在正常的充放电情况下,钠离子在正负极间的嵌入脱出不应该破坏电极材料的基本化学结构(当然在实际情况下可能会出现一定的记忆效应,也可能导致电极材料的老化)。


那么,钠离子电池有技术优势吗?有的人宣称在原理上,钠离子电池的充电时间可以缩短到锂离子电池的1/5虽然目前这方面的公开数据并不是很充分,于是只能说这是潜在的优点。也有相关资料宣称,钠离子电池寿命超过10年,而通常锂离子电池使用寿命只有3-4年,不过关于这一点是存疑的,根据相关调研,钠离子电池的重要问题正是循环寿命不高,所以这是一个争议点。




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