Science聚焦钠电,学术界、产业届大佬发声!
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2025-02-26 03:40:43
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资源禀赋技术瓶颈商业门槛

钠作为地壳中第六丰富的元素,其储量是锂的1000倍以上,且可通过海水提纯获取。但钠离子半径较锂大33%,导致其在传统石墨负极中嵌入困难,能量密度长期徘徊在锂离子电池的50%以下。芝加哥大学电池化学家Y. Shirley Meng直言:“仅靠锂电难以支撑全球200倍的储能需求增长。”

过去半年,技术突破持续涌现:美国UNIGRID公司开发的硬碳-锡复合负极电池能量密度达170 Wh/kg,接近低端锂电水平;宁德时代第二代钠电能量密度提升至200 Wh/kg,较首代产品提升25%。哥伦比亚大学Dan Steingart评价:“进展令人惊叹。”

尽管技术突破频现,钠电距离大规模应用仍有三道难关。

首先是成本优势被稀释,锂价近三年暴跌70%,削弱了钠电的经济性。斯坦福大学团队在《自然·能源》的研究指出,钠电需将材料成本再降40%才能与磷酸铁锂竞争。其次是产业链断层,瑞典Northvolt等早期入局者因规模不足破产,印证商业化初期的高风险。更棘手的是政策波动——美国暂停新能源补贴与中国石墨出口限制,令全球供应链稳定性雪上加霜。

应对策略与外界声音

科研界正通过多路径突破钠电核心瓶颈。在负极材料领域,阿贡国家实验室团队发现,将硬碳的孔隙结构与锡原子结合后,单颗锡原子可捕获3.75个钠离子,显著提升储钠效率。与此同时,正极材料的创新更为活跃:休斯顿大学团队开发的层状NaVPO晶体结构,通过原子层间距调整使储钠能力提升15%,相关成果已发表于《Nature Materials》。

有机材料则为钠电开辟新赛道。麻省理工学院团队研发的TAQ有机正极,不仅在电解液中保持稳定,其能量密度更达到当前钠电正极的顶尖水平,该研究细节见《美国化学会杂志》。产业界同步跟进,比亚迪计划2027年实现30GWh钠电产能,而法国NAWATechnologies的钠电产品已应用于非洲离网储能系统。

许多专业人士对钠的未来态度不一。

由于钠离子研究的新进展,波尔多凝聚态物质化学研究所的化学家兼主任Laurence Croguennec说:“行业目前的兴趣非常高。”

UNIGRID首席执行官Darren Tan表示:“关于电池设计和性能的细节缺乏透明度。”

斯坦福大学的材料科学家William Chueh说“技术进步将决定钠离子电池变得多么具有成本效益。”

哥伦比亚大学的电池化学家Dan Steingart的态度较为辩证:“目前面临的障碍不仅仅是技术性的,锂的低成本削弱了钠的主要卖点,钠离子电池制造商仍然规模太小,无法从规模经济中受益”,同时表示:“相信进步的即将到来,但我们对于钠离子电池的基本化学原理的认知仍处于早期阶段。”

(本文数据及研究成果均引自《Science》《Nature》等期刊及企业公开信息)

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