分析鈉離子電池能否取代鋰電池？

Sir， sodium alone is consumed and the sea provides it itself. I will also tell you that sodium batteries should be considered as the most energetic.先生，只有鈉會(huì)被消耗掉，但大海本身就提供了鈉。并且鈉電池應(yīng)該是能量最高的。

——儒勒·凡爾納《海底兩萬里》

近年來，鋰（鈉/鋁）-空氣、鋰-硫、鎂（鈣）離子、鈉（鉀）離子、鋅-二氧化錳水溶液等新化學(xué)體系的電池項(xiàng)目在國(guó)家層面上啟動(dòng)，新的依靠私人資金的創(chuàng)業(yè)公司也開始啟動(dòng)，但是對(duì)于尋求進(jìn)入市場(chǎng)的年輕科學(xué)家和工業(yè)實(shí)體來說，在日益增長(zhǎng)的關(guān)于社會(huì)和商業(yè)驅(qū)動(dòng)的研究主題中，如何區(qū)分炒作和現(xiàn)實(shí)，正成為一個(gè)真正的負(fù)擔(dān)。

鈉離子電池是最接近取代鋰電池這一目標(biāo)的，它催生了Faradion（英國(guó)）、Novasis（美國(guó)）、HiNa（中國(guó)）和Tiamat（法國(guó)）等公司。鈉離子電池的可持續(xù)性吸引了工業(yè)界的目光，因?yàn)榕c Li2CO3等鋰原料相比，Na2CO3更便宜，價(jià)格波動(dòng)也更小。鈉離子電池的研究和鋰電一樣，也分為正負(fù)極材料和電解液。

負(fù)極：因?yàn)樵S多鈉基插入化合物具有與鋰基材料相似的結(jié)構(gòu)類型，從鋰離子材料的研究中得到啟發(fā)快速組裝了全鈉離子電池，硬碳中由無序的石墨烯層和納米孔構(gòu)成的對(duì)鈉離子的吸收是先是在傾斜區(qū)域進(jìn)行，隨后是低壓平穩(wěn)段，這與將Na+插入無序?qū)又幸约疤畛浼{米孔相對(duì)應(yīng)，與將Li+嵌入到石墨中相比，鈉電可以實(shí)現(xiàn)更高的速率。

正極：鈉基層狀氧化物的晶體化學(xué)性質(zhì)比鋰離子層狀氧化物豐富，這種結(jié)構(gòu)差異不僅解釋了鈉化學(xué)計(jì)量比和容量的變化，而且層狀氧化物更容易發(fā)生鈉驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)相變，從而降低了壽命及功率密度。此外，對(duì)基于Na的聚陰離子相也進(jìn)行了深入研究，例如磷酸鹽（NaFePO4），硫酸鹽Na2Fe2（SO4）3和氟磷酸鹽（NaVPO4F）。Na3V2（PO4）2F3 （NVPF）化合物具有特定的晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由用于快速離子擴(kuò)散的開放通道組成。在平均電位為3.9 V的條件下，每單位化合物（即128 mAh/g）可以可逆地釋放2個(gè)Na+，從而提供約507 Wh/kg的材料級(jí)比能，相當(dāng)于鋰電正極材料LiFePO4 （LFP）的580 Wh/kg。

優(yōu)點(diǎn)

1. 鈉鹽原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比于鋰電三元正極材料，原料成本低；

2. 在快速充電、再生制動(dòng)和啟停功能的功率能力，以及電網(wǎng)部門的頻率調(diào)整功能等方面，依賴于開放式3D 結(jié)構(gòu)的鈉離子電池表現(xiàn)得相當(dāng)好；