隨著化石能源的日益枯竭以及清潔能源如風(fēng)能、太陽能的快速發(fā)展，全球能源消耗模式將逐漸從化石能源轉(zhuǎn)向新能源。而能源消耗模式的轉(zhuǎn)變很大程度上依賴先進(jìn)的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。近年來，鈉離子電池技術(shù)由于鈉資源全球儲(chǔ)量豐富、成本低、具有與鋰離子電池類似的儲(chǔ)能原理和工藝技術(shù)等優(yōu)勢，重新得到研究者們的青睞，發(fā)展成為一種極具應(yīng)用潛力的儲(chǔ)能技術(shù)。

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水系鈉離子電池基本情況

現(xiàn)有的二次電池技術(shù)都還不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的要求。例如：鉛酸、鎘鎳電池含有大量有害的重金屬元素，大規(guī)模應(yīng)用會(huì)在生產(chǎn)和廢棄階段造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)格，僅適用室內(nèi)運(yùn)行環(huán)境;鎳氫電池由于采用了昂貴的稀有金屬，價(jià)格上難于滿足大規(guī)模儲(chǔ)電的成本要求。全釩液流電池除了采用了貴金屬外，還有毒性和腐蝕性的問題;鈉硫電池因?yàn)樾枰邷?，液態(tài)硫和金屬鈉對(duì)氧化鋁隔膜具強(qiáng)腐蝕性，容易造成燃燒事故。

相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機(jī)系離子電池以離子在正負(fù)極的嵌入脫出和在兩極間擴(kuò)散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長的特點(diǎn)。在性能上可以滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而，由于其大量使用易燃的有機(jī)電解質(zhì)，在生產(chǎn)和使用過程中會(huì)造成爆燃事故，有安全性問題缺陷。而水系離子電池由于采用中性的鹽水溶液作為電解質(zhì)，既避免了有機(jī)電解質(zhì)的易燃問題，又克服了傳統(tǒng)水系電池的高污染，壽命短(如鉛酸電池)和價(jià)格昂貴(鎳氫電池)的缺點(diǎn)，是能夠滿足大型儲(chǔ)能技術(shù)要求的理想體系之一。因此，近年來，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來越受到關(guān)注。但是，地球上的鋰資源實(shí)際上是難以支撐大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用需求的。于是，與鋰的化學(xué)性能類似的鈉被認(rèn)為能夠替代鋰適用于水系離子電池體系。

鈉是地球上儲(chǔ)量最豐富的資源之一，可以說是用之不竭。價(jià)格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的適合大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點(diǎn)。

實(shí)際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時(shí)起步，早在20世紀(jì)80年代，人們就開展了有機(jī)系鈉離子電池正負(fù)極材料的研究。但是與有機(jī)系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機(jī)系鋰離子電池中的正負(fù)極材料體系不能簡單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負(fù)極間離子嵌入-脫出反應(yīng)的“搖椅式”機(jī)理作為充放電反應(yīng)機(jī)理，可是因?yàn)殁c的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。而且，負(fù)極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。

據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2022-2027年中國水系鈉離子電池行業(yè)深度分析與投資預(yù)測報(bào)告》分析：

鈉離子電池最大的優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)5-10分鐘的快速充電能力，且無論是能量密度還是循環(huán)壽命，鈉離子電池都顯著優(yōu)于鉛酸電池。相比于鋰離子電池，鈉離子電池有更好的安全性。目前，鈉離子電池的循環(huán)壽命大約是鋰離子電池的65%左右，能量密度比鋰電池低20%。但是較低的循環(huán)次數(shù)和能量密度決定了鈉離子電池?zé)o法應(yīng)用于電動(dòng)汽車和手機(jī)電池等領(lǐng)域。

鈉離子電池可分為鈉硫電池、水系鈉離子電池、有機(jī)鈉離子電池、固態(tài)鈉離子電池。鈉硫電池主要以金屬鈉作為負(fù)極、非金屬硫作為正極、β-A12O3陶瓷管同時(shí)充當(dāng)電解質(zhì)和隔膜，是目前唯一同時(shí)具備大容量和高能量密度的儲(chǔ)能電池。

水系鈉離子電池行業(yè)分析

鈉離子電池未來將主要應(yīng)用于儲(chǔ)能和動(dòng)力兩個(gè)領(lǐng)域。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，2021年07月15日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出加快飛輪儲(chǔ)能、鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)?；囼?yàn)示范，以需求為導(dǎo)向，探索開展儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱及其他創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)的研究和示范應(yīng)用。因此，在政策的推動(dòng)下，鈉離子電池有望加快應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)和發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能。

在動(dòng)力領(lǐng)域，鈉離子電池將在兩輪車和電動(dòng)汽車兩個(gè)方面得到應(yīng)用。在兩輪車領(lǐng)域，由于鈉離子電池有有能量密度相對(duì)較低、安全性比較高的特點(diǎn)，因此有望實(shí)現(xiàn)在對(duì)鉛酸電池的逐步替代。

雖然水系鈉離子電池技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，但它仍然為大規(guī)模儲(chǔ)能提供了一種安全、廉價(jià)、清潔和耐久的新體系?，F(xiàn)在，越來越多的新材料，新構(gòu)思和新技術(shù)被應(yīng)用到水系鈉離子電池體系的開發(fā)中，其綜合性能也在不斷提升。相信隨著研究與開發(fā)的不斷深入，在不久的將來一定能夠?qū)崿F(xiàn)其在儲(chǔ)能上的大規(guī)模應(yīng)用，從而推動(dòng)以智能電網(wǎng)和可再生能源并網(wǎng)為代表的清潔能源的應(yīng)用。

據(jù)調(diào)查，水系鈉離子電池平均售價(jià)略低于鋰離子電池，高于鉛酸電池，但在使用壽命上卻大大高于鉛酸電池，因此，水系鈉離子電池具有較好的市場前景，隨著技術(shù)水平的不斷提高，水系鈉離子電池的生產(chǎn)成本有望進(jìn)一步降低，未來水系鈉離子電池的售價(jià)將更加低廉。若能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，未來批量生產(chǎn)售價(jià)可低至150美元/(kW?h)，即1.05元/Wh。

由于水系鈉離子電池行業(yè)仍處于幼稚期，參考目前鋰離子電池和鈉離子電池行業(yè)的毛利率水平，根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，未來水系鈉離子電池行業(yè)的毛利率水平將穩(wěn)定在34%-50%區(qū)間范圍內(nèi)。

水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)分析

水系鈉離子電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化時(shí)間都很短，技術(shù)層面還存在很多難題有待攻克。其主要問題有以下幾點(diǎn)。

(1)水是最常見的液體，同時(shí)也是常見液體中極性最強(qiáng)的。在水溶液中循環(huán)使用的電池，必須克服電極材料在水溶液中的溶解以及鹽溶液對(duì)電極的長期(10-20年)持續(xù)不斷的緩慢腐蝕。解決這一問題的途徑不一，可以是開發(fā)新型的耐腐材料;亦可以是從電池設(shè)計(jì)的角度考慮，加強(qiáng)電極的成型后的強(qiáng)度以抗抵水溶液的侵蝕;

(2)由于水的理論電解電壓只有1.23V，因此極大地限制了水系鈉離子電池的質(zhì)量比能量。目前已見報(bào)道的這類產(chǎn)品質(zhì)量比能量均不超過25W·h/kg，比鉛酸蓄電池還低。在電解液的分解電壓不變的前提下，只能通過尋找或創(chuàng)造出更高比容量的正負(fù)極材料，才能提升整個(gè)電池的質(zhì)量比能量;

(3)水系鈉離子電池是一種全新的電池體系，其電極的成型、集流體的選擇、電解液功能添加劑的開發(fā)等等一系列的工藝技術(shù)難題還需要不斷地被攻克，電池性能仍有很大的提升空間。

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