2017-12-25 | 編輯:Delilah Lin 310 瀏覽人次

鈉何時可以超越身為鹽的價值,正式在電池市場坐擁江山?

 
鈉盡占低成本、長壽命優勢,何時有量產的一天?
 
美國能源部委外經營的布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)今年 7 月帶來鈉電池儲能技術的突破,列入美國製造週的歡慶名單,該突破對美國的風能和太陽能行業來說是個好消息,也可能讓鋰離子電池的粉絲感到一陣寒意。
 
鈉鹽是普通食鹽中兩種主要成分之一,科學家喜歡鈉便宜、豐富、無毒等優點,但鈉離子電池為何無法商業化量產?其中一個致命傷即鈉電池陰極由分層排列的金屬和氧離子組成,當暴露於空氣時,金屬會被氧化進而降低電池性能,甚至完全失效,如能克服這個重大缺陷,鈉電池將有機會大放異彩。
 
布魯克黑文國家實驗室與中國科學院合作的突破性技術在於調整陰極結構,透過引入不同材料讓電池性能趨於穩定,據實驗結果顯示,電池可穩定暴露在空氣的時間延長了 20 倍,500 次充放電循環後容量保持率(capacity retention)增加了 9 倍,浸泡在水中也不會受到損害。
 
不過這個實驗室樣品並未到可量產的地步,反倒是法國國家科學研究中心(CNRS)成立的新創公司 Tiamat 在上月底宣布,他們已經預計在 2020 年前量產可充電的 18650 型鈉離子電池(是否會達到目標還有待觀察)。
 
第一款 18650 型鈉離子電池原型在 2015 年 11 月由法國幾所大學的研究人員設計出來,這是最普遍使用的圓柱型鋰離子電池規格,直徑 1.8 公分、長 6.5 公分,Tiamat 用僅半年時間發展這項技術並實現規模化生產。
 
Tiamat 強調,鈉電池的充放電速速率更好(速度提高 10 倍)、預期壽命更長(鈉離子電池壽命超過 10 年,而鋰離子電池使用壽命只有 3~4 年),如果有鈉離子電池技術,一輛 200 公里里程數的電動車可以在幾分鐘內就充飽電。
 
更重要的是,鈉在蘊藏量與價格方面狠狠鄙視了鋰一番。鈉在地殼中的含量為 2.6%,而鋰含量僅 0.06%;鈉可從海水提取,但鋰資源被全球少數幾個地區掌握(阿根廷、智利和玻利維亞占全球三分之二的鋰);價格方面,鈉每噸約 150 美元,而鋰每噸高達 15,000 美元。
 
但,由於鈉電池的能量密度低於鋰電池,會導致最後可行性的鈉電池成品重量變重、需要更多材料製造,成本反而又拉高。《ieee spectrum》報導,專注研發鋰離子電池的材料專家 David Snydacker 說,鈉電池的性能會差一些,無法與過去幾十年來的鋰電池技術完美結合,並且鈉電池還有一個尚未解決的問題,是找到或創造高容量的陽極(即電池負極)。
 
所以,儘管鈉離子電池可能有一天會壯大,但那天何時會到來?我們到現在都還不知道。
 
(合作媒體:科技新報。首圖來源:法國國家科學研究中心
 
 
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