钠电池
落后一步是失意
锂电池风光无限的背后,是钠离子电池几十年的低谷和落寞。从研发时间来看,钠离子电池和锂离子电池几乎是同时间进行的。之所以会出现这种情况,是因为钠与锂在化学周期表上是距离很近的同族金属元素,在同族元素中“最外层电子数完全一致”,这也意味着它们的化学性质极为相似。
正是源于化学性质的相似,钠离子电池与锂离子电池在电池技术上的基础原理其实是一样的,都是通过电解液与金属产生氧化还原化学反应,将金属变成离子态,此时电子作为电荷载体在电池正负极之间的移动,就实现了电池的充放电过程,因此这种电池也被称为“摇椅式电池”。
摇椅,是一个非常形象的比喻,在充电过程中,钠离子或锂离子会携带着正电荷从正极流向负极,而负电荷电子则通过外部电路一同运动,最终实现电流的传输;而放电过程则相反,金属离子和电荷会从负极迁移至正极,从而实现电流的反方向传输。这种电子的规律性来回迁移,非常像摇椅的来回摇动。
那为何锂电池能够脱颖而出,钠电池却迟迟未能大规模商用呢?主要原因之一就是钠离子电池的能量密度不如锂电池。在化学元素周期表里,锂排名第3,而钠排名第11,这就意味着钠离子的质量比锂离子更大,带来的结果就是相同质量下,锂电池的能量密度比钠离子电池更高。国内某企业2021年发布的钠离子电池,其公开的数据显示,其能量密度为160Wh/kg,而同品牌的三元锂电池能量密度为200Wh/kg。同样1kg的电池,钠离子电池只能存锂离子电池80%左右的电量。
除了能量密度外,钠离子电池在“循环寿命”上也逊于锂离子电池,目前钠离子电池的循环寿命大约在2000次,三元锂电池却可以达3000次以上,磷酸铁锂电池则更高,达6000次左右。