储能业的“钠”些事

 

锂资源价格一骑绝尘

 

今年以来在各类市场中，锂资源价格上涨明显。数据显示，今年初，电池级碳酸锂的价格在5.5万元/吨左右；最近，碳酸锂的价格已经超过了19万元/吨，涨了将近3倍多。二级市场中，锂电池指数从年初的900点左右，上涨到现在的超过1700多点，市场中有个别公司的估值在一年之内也翻了好几倍。

 

有业内人士表示，今年锂资源价格的普涨是由多方面因素导致的。首先，因为今年总体供给偏紧，有缺货现象存在，大家担心价格还会涨，造成有人囤货。另外一方面的原因是需求的强劲增长。从供求角度来讲，由于全球电动车、储能等领域飞速发展，导致对锂产品的需求量急剧上涨，而锂项目从选址、设计、建设到投产，需要一定的周期，这就导致供应端产品跟不上需求的扩张。

 

有统计数据显示，在全球电化学规模储能示范项目中，锂离子电池的占比高达80%。

 

锂离子电池的需求量极大，但是我国在锂资源开发方面还存在不小的难度，进口比重较大。有专家建议，从国家战略和能源储备产业发展看，新材料电池研发应尽早提上议事日程。

 

钠离子电池进入选择视野

 

近段时间由于锂资源价格的不断飙升，网络平台上各种各样的离子电池层出不穷，钠电池、钾电池、钒电池，等等。

 

做了十年钠离子电池基础研究的中国科学院物理研究所胡勇胜说：“作为最接近锂离子电池技术的钠离子电池，应该是最快能够大规模使用的。”他表示，在二十世纪六七十年代，出现了能在高温下运作、使用金属钠做负极、单质硫做正极的高温钠硫电池。

 

胡勇胜还表示，与其他离子电池相比，钠与锂在元素周期表中更为接近，因此也具有更多方面的优势。首先，相比锂资源的稀缺与分布不均，钠资源可谓储量丰富且分布广泛，这就使得钠离子电池的制造成本更低且无发展瓶颈。其次，在锂离子电池的许多材料中，镍和钴是不可或缺的元素，但这些都是贵金属。而钠离子电池不一样，在现有的技术条件下，钠离子电池在正极材料上可脱离这些贵金属，转而使用更为廉价的金属，在负极材料上也获得了最高的性价比。

 

“电解液是连接正极与负极的桥梁，也是离子传输的必经之路。按常理来说，电解液中离子浓度越高，越有利于离子的传导。但浓度的上升也会带来黏度变大等其他问题，故不能一味地追求高浓度。”胡勇胜说，“相比锂离子，即使低浓度的钠盐电解液也能同样具有较高的离子电导率，从而减小了黏度所带来的影响。”

 

胡勇胜说，钠离子电池比锂离子电池有更优的倍率性能，即可以在短时间内充满电且容量保持率高。电池可以正常工作的温度区间也比锂离子电池好。相比锂离子电池，钠离子电池可以在低至约-40℃、高至约80℃的环境中正常工作。

 

有人觉得钠的性质比锂更为活泼，制造出的电池安全吗？对此，胡勇胜表示：“这点大可不必担心。为了避免由此带来的安全问题，钠离子电池不会选用金属钠单质作为负极材料，而会选用碳类材料作为负极、钠的化合物作为正极。无论是碳类材料还是钠的化合物都是稳定的。在安全性测试中，钠离子电池能展现出良好的安全性能。”

 

事物都具有两面性，钠离子电池也有自身短板，需要进一步进行技术攻关。有专家表示，钠离子的体积比锂离子大很多，假设锂离子是乒乓球大小，钠离子大概就有足球大小，所以在游走时的速度就较慢，不易击穿电池隔膜，同时，这个“大家伙”携带的电子量实际比锂还低，这就导致了一个缺点——能量密度较低，也就是体积大小相同的时候，钠离子电池释放的能量要比磷酸铁锂电池释放的能量要少。除此之外，有数据显示，拿循环寿命相比，目前磷酸铁锂电池的循环寿命已经达到了10000次，而钠离子电池的循环寿命只能达到5000次，如果储能时间足够长的话，钠离子电池的寿命仍待提升。

 

多样化储能更显重要性

 

近期，主做锂电池的储能一哥“宁德时代”发布了第一代钠离子电池。据悉，在产业发展层面，目前国内有多家公司已纷纷开展在多样化储能方面的探索和实践。在钠离子电池方面，华阳股份与中科海钠开展深度合作，共同成立了生产钠离子电池的子公司，中科海钠在2020年已经建立过一定规模的钠离子生产线，依托中科丰富的生产工艺制造经验，2022年华阳将真正形成钠离子电池、钠离子电池储能系统销售。在氢燃料电池方面，骥翀氢能创始人付宇表示，氢燃料电池不需要经过“燃烧”，就能通过电化学反应直接把氢燃料中的化学能转化成电能，同时生成水，是零污染零排放的“未来能源”。

 

有诸多学者和专家表示，多样化储能是未来能源发展中的关键所在。光伏、风电等新能源电力间歇性、随机性特点较为明显，储能则能够保障电力系统的稳定性，在发电侧、电网侧与用户侧均有相关的应用。另外，分时电价机制也对储能装机需求大增。

 

今年，中科院物理所与中科海钠在山西太原综改区联合推出了全球首套1MWh钠离子电池储能系统，这个项目通俗地说就是大储量电池，并成功投入运行。胡勇胜说，该系统以自主研发的钠离子电池为储能主体，结合市电、光伏和充电设施构成一个微网系统，能够实现自我控制、保护和管理；具有灵活的运行模式和调度管理性能，既能并入大电网运行，又能独立孤岛运行；联网模式下与大电网一起分担用户的供电需求，孤岛模式下保证用户尤其是重要用户的正常用电。“‘十四五’期间，钠离子电池储能系统将达到百兆瓦时级别，这样就能够更好地将风能、太阳能存储起来，从而更好满足储能要求。”

 

在整个储能体系当中，钠离子电池与锂离子电池以及其他储能方式之间并不是完全替代的关系，而是你中有我、我中有你的共存关系。从目前的发展水平来看，钠离子电池可能还无法满足手机这类具有较大电量需求的电子产品，但由于低成本、高安全、长寿命等优势，钠离子电池可以与锂离子电池形成互补，并且可以逐渐取代铅酸电池，在大规模储能和交通工具上使用。