鋰電池將被取代?鈉電池充電快又環保,一文看懂電池技術新革命

2022-09-26 22:41
2021年,寧德時代推出第一代鈉電池,帶來電池技術新革命,但它真能取代鋰電池嗎?(示意圖/取自Pxhere)
2021年,寧德時代推出第一代鈉電池,帶來電池技術新革命,但它真能取代鋰電池嗎?(示意圖/取自Pxhere)

2019年我寫了一系列電動車及電池技術專欄文章,其中一篇登上綠學院當年度專欄文章排行榜第二名,來自綠學院引薦的演講邀約不斷,但我一個也沒有參加,因為我趕上電池產業的爆發期,人忙到啤酒肚都跑出來了。

這段期間,我仍持續閱讀綠學院其他綠色帶路人的電池技術文章,前一陣子聽說固態電池系列文章竟然超過40萬人瀏覽,超越我當年創的紀錄,原來關心電池技術的同好這麼多,看來介紹更多外卡選手的時候到了。

我在《如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命?》一文提到,電池的球賽現在才四局下半,誰會取得最後的勝利還很難說。如能量密度是石墨(372 Ah/Kg)十倍的矽材料(3,579 Ah/Kg)、充電速度是石墨數倍的石墨烯、壽命是石墨十倍(1000次)的鈦酸鋰(10000-20000次),還有整個體系大改的鋰硫電池、鋰空氣電池、固態電池,甚至還有許多非鋰系的外卡選手在場外虎視眈眈,如成本較低廉的鈉、鎂電池,壽命較長的鋁電池等,都以不可思議的速度發展中。

今天我就來介紹去年(2021)一出場就轟動武林驚動萬教的一位外卡選手,也就是鈉電池。

2021年,寧德時代推出第一代鈉電池,能量密度達160Wh/kg,常溫下充電15分鐘可以充到80%,堪比磷酸鐵鋰電池。如果你不是行內人,看完這段文字你一定在想,鈉電池是誰啊?有這麼厲害?是世紀大騙局還是真革命? 

電池球賽的第一局,「胖子」鈉電池輸給了鋰電池,這一輸就是40年

1970年代,當科學家在選擇電池材料時,是看著化學元素週期表在選擇的。還記得高中時代苦背的「鋰鈉鉀銣銫鍅」嗎?鋰(Li)與鈉(Na)在化學元素週期表上屬同一主族,性能相近,在電池原理上兩者也相近,都是透過不斷在正、負極間來回游動充放電。於是一幫科學家選擇了鋰電池,另一幫科學家選擇了鈉電池。

鋰是個游泳健將,而鈉在尺寸和重量上都比鋰肥了一大圈,也就是個胖子,想也知道,這個胖子自然游不過鋰。而且,這個胖子身上太多脂肪,儲存的肌肉密度不高,也就是能量密度不夠高,所以在電池球賽的第一局,鈉電池就輸給了鋰電池,這一輸就是40年。

因為鋰庫存有限,電池球賽五局上半,胖子鈉電池捲土重來,敗部復活

但是老天爺是公平的,十年河東、十年河西,根據2020年世界銀行的估計,電池材料中最重要的鋰金屬,若要滿足全球現在的需求,需要其地球庫存量的五倍,但地球沒有那麼多。而且開採鋰礦時,平均每噸鋰需消耗約200萬公升的水,鋰電池又需要用到稀土,這些問題都讓環保人士詬病。為了尋找替代材料,回頭發現,鈉在地殼中化學元素平均含量是鋰的423倍,在地球上分布廣泛,多到你家裡買的食鹽裡面都有,價格遠遠低於鋰,於是在40年之後,胖子鈉電池捲土重來,敗部復活!

一張表看懂鈉電池與鋰電池的戰力

我們之前談過六個判斷電池技術潛能的基本邏輯:能量密度高、壽命長、充放電速度快、耐熱耐寒、安全性高、達到可商業化的成本。讓我們用下表來比較鈉電池與鋰電池在這六個面向的戰力:

鈉電池與鋰電池比較表。(圖/綠學院提供)
鈉電池與鋰電池比較表。(圖/綠學院提供)

作者介紹|顏文群

從小夢想要擁有一台大排氣量、開起來轟隆轟隆的車子。為了完成夢想,每天努力餵飽小豬。長大後,好不容易小豬也吃飽了,才赫然發現,搞什麼啊現在汽油車變成了電動車,開起來都沒聲音也沒排氣量!為了親手終結自己從小的夢想,善用自己在電池材料的專業,努力提升鋰電池效率,現擔任台灣碩禾電材總經理特助及綠學院綠色帶路人。

本文經授權轉載自綠學院(原標題:胖子鈉電池低價搶市!鈉電池對鋰電池的逆襲) (相關報導: 為何手機電池會突然爆炸?專家揭2大關鍵主因,多數人都不知道 更多文章

責任編輯/趙鳳玲

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