儲能業的“鈉”些事

近日，有關新能源的話題頻頻登上熱搜，鋰電池作為新能源發展中的重要資源，價格也是一騎絕塵。“有鋰走遍天下”“有鋰必漲”等網絡熱詞層出不窮。同時，為實現“雙碳”目標，國家近期出台的《關於完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峯碳中和工作的意見》明確表示，要開展低碳零碳負碳和儲能新材料、新技術、新裝備攻關。由此可見，儲能將是未來能源發展中的關鍵所在。

鋰資源價格一騎絕塵

今年以來在各類市場中，鋰資源價格上漲明顯。數據顯示，今年初，電池級碳酸鋰的價格在5.5萬元/噸左右；最近，碳酸鋰的價格已經超過了19萬元/噸，漲了將近3倍多。二級市場中，鋰電池指數從年初的900點左右，上漲到現在的超過1700多點，市場中有個別公司的估值在一年之內也翻了好幾倍。

有業內人士表示，今年鋰資源價格的普漲是由多方面因素導致的。首先，因為今年總體供給偏緊，有缺貨現象存在，大家擔心價格還會漲，造成有人囤貨。另外一方面的原因是需求的強勁增長。從供求角度來講，由於全球電動車、儲能等領域飛速發展，導致對鋰產品的需求量急劇上漲，而鋰項目從選址、設計、建設到投產，需要一定的週期，這就導致供應端產品跟不上需求的擴張。

有統計數據顯示，在全球電化學規模儲能示範項目中，鋰離子電池的佔比高達80%。

鋰離子電池的需求量極大，但是我國在鋰資源開發方面還存在不小的難度，進口比重較大。有專家建議，從國家戰略和能源儲備產業發展看，新材料電池研發應儘早提上議事日程。

鈉離子電池進入選擇視野

近段時間由於鋰資源價格的不斷飆升，網絡平台上各種各樣的離子電池層出不窮，鈉電池、鉀電池、釩電池，等等。

做了十年鈉離子電池基礎研究的中國科學院物理研究所胡勇勝説：“作為最接近鋰離子電池技術的鈉離子電池，應該是最快能夠大規模使用的。”他表示，在二十世紀六七十年代，出現了能在高温下運作、使用金屬鈉做負極、單質硫做正極的高温鈉硫電池。

胡勇勝還表示，與其他離子電池相比，鈉與鋰在元素週期表中更為接近，因此也具有更多方面的優勢。首先，相比鋰資源的稀缺與分佈不均，鈉資源可謂儲量豐富且分佈廣泛，這就使得鈉離子電池的製造成本更低且無發展瓶頸。其次，在鋰離子電池的許多材料中，鎳和鈷是不可或缺的元素，但這些都是貴金屬。而鈉離子電池不一樣，在現有的技術條件下，鈉離子電池在正極材料上可脱離這些貴金屬，轉而使用更為廉價的金屬，在負極材料上也獲得了最高的性價比。

“電解液是連接正極與負極的橋樑，也是離子傳輸的必經之路。按常理來説，電解液中離子濃度越高，越有利於離子的傳導。但濃度的上升也會帶來黏度變大等其他問題，故不能一味地追求高濃度。”胡勇勝説，“相比鋰離子，即使低濃度的鈉鹽電解液也能同樣具有較高的離子電導率，從而減小了黏度所帶來的影響。”

胡勇勝説，鈉離子電池比鋰離子電池有更優的倍率性能，即可以在短時間內充滿電且容量保持率高。電池可以正常工作的温度區間也比鋰離子電池好。相比鋰離子電池，鈉離子電池可以在低至約-40℃、高至約80℃的環境中正常工作。

有人覺得鈉的性質比鋰更為活潑，製造出的電池安全嗎？對此，胡勇勝表示：“這點大可不必擔心。為了避免由此帶來的安全問題，鈉離子電池不會選用金屬鈉單質作為負極材料，而會選用碳類材料作為負極、鈉的化合物作為正極。無論是碳類材料還是鈉的化合物都是穩定的。在安全性測試中，鈉離子電池能展現出良好的安全性能。”

事物都具有兩面性，鈉離子電池也有自身短板，需要進一步進行技術攻關。有專家表示，鈉離子的體積比鋰離子大很多，假設鋰離子是乒乓球大小，鈉離子大概就有足球大小，所以在遊走時的速度就較慢，不易擊穿電池隔膜，同時，這個“大傢伙”攜帶的電子量實際比鋰還低，這就導致了一個缺點——能量密度較低，也就是體積大小相同的時候，鈉離子電池釋放的能量要比磷酸鐵鋰電池釋放的能量要少。除此之外，有數據顯示，拿循環壽命相比，目前磷酸鐵鋰電池的循環壽命已經達到了10000次，而鈉離子電池的循環壽命只能達到5000次，如果儲能時間足夠長的話，鈉離子電池的壽命仍待提升。

多樣化儲能更顯重要性

近期，主做鋰電池的儲能一哥“寧德時代”發佈了第一代鈉離子電池。據悉，在產業發展層面，目前國內有多家公司已紛紛開展在多樣化儲能方面的探索和實踐。在鈉離子電池方面，華陽股份與中科海鈉開展深度合作，共同成立了生產鈉離子電池的子公司，中科海鈉在2020年已經建立過一定規模的鈉離子生產線，依託中科豐富的生產工藝製造經驗，2022年華陽將真正形成鈉離子電池、鈉離子電池儲能系統銷售。在氫燃料電池方面，驥翀氫能創始人付宇表示，氫燃料電池不需要經過“燃燒”，就能通過電化學反應直接把氫燃料中的化學能轉化成電能，同時生成水，是零污染零排放的“未來能源”。

有諸多學者和專家表示，多樣化儲能是未來能源發展中的關鍵所在。光伏、風電等新能源電力間歇性、隨機性特點較為明顯，儲能則能夠保障電力系統的穩定性，在發電側、電網側與用户側均有相關的應用。另外，分時電價機制也對儲能裝機需求大增。

今年，中科院物理所與中科海鈉在山西太原綜改區聯合推出了全球首套1MWh鈉離子電池儲能系統，這個項目通俗地説就是大儲量電池，併成功投入運行。胡勇勝説，該系統以自主研發的鈉離子電池為儲能主體，結合市電、光伏和充電設施構成一個微網系統，能夠實現自我控制、保護和管理；具有靈活的運行模式和調度管理性能，既能併入大電網運行，又能獨立孤島運行；聯網模式下與大電網一起分擔用户的供電需求，孤島模式下保證用户尤其是重要用户的正常用電。“‘十四五’期間，鈉離子電池儲能系統將達到百兆瓦時級別，這樣就能夠更好地將風能、太陽能存儲起來，從而更好滿足儲能要求。”

在整個儲能體系當中，鈉離子電池與鋰離子電池以及其他儲能方式之間並不是完全替代的關係，而是你中有我、我中有你的共存關係。從目前的發展水平來看，鈉離子電池可能還無法滿足手機這類具有較大電量需求的電子產品，但由於低成本、高安全、長壽命等優勢，鈉離子電池可以與鋰離子電池形成互補，並且可以逐漸取代鉛酸電池，在大規模儲能和交通工具上使用。