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2017年12月22日 星期五

自由時報科技趣聞-比鋰電池更猛?新快充電池電量大 3 倍!




leiphone 王金许



替代锂电池?钠电池还需“穿越”一段悠长隧道

眾所皆知,鋰離子是手機、筆記型電腦和汽車電池中的活性成分。但考慮到鋰的成本較高,研究人員們一直在尋找,另一種更為豐富的元素來替代它。

隨後,一些初創公司和老牌企業,將鈉離子視作活性成分,以開發充電電池,鈉是鋰在元素週期表上的「鄰居」。

除了鈉的易得性之外,它還有其他幾個重要的特性 - 其中最重要的是它的耐火性。「當然,它還可以儲存與鋰電池相當的能量,這是個不錯的選擇。」史丹佛大學研究鈉電池的 Minah Lee 說。

如今,許多公司正在開發鈉電池,其最終目標是取代鋰電池。法國國家科學研究中心(CNRS)最近就宣佈成立了一家坐落於亞眠的創業公司 Tiamat,該公司將在 2020 年開發鈉電池,並向市場推出。CNRS 表示,它會被設計成 18650 那樣的尺寸型號。

替代锂电池?钠电池还需“穿越”一段悠长隧道

還有一家名為 Aquion 的美國創業公司,它以高容量海水電池儲存能源為核心,Bill Gates 和 Kleiner Perkins 起初為它出資 1.9 億美元。不過,這家公司隨後的發展,甚至走上面臨破產的窘境,在 7 月份,Juline Titans LCC 以 916 萬美元將其收購。

與此同時,一些大學的研究人員,現在正集中研究將電池中的鋰元素換成鈉元素。科學工作者的優勢在於,他們可以使用大型儀器(如加速器)來研究陽極材料及其功能。

「我們可以清楚地瞭解鈉的實際去向——無論是在細微的原子層面(如何與其他原子結合)還是更宏觀層面——以及電極粒子吸收鈉離子時它所產生的變化。」史丹佛大學負責 SLAC 國家加速器實驗室的研究員,Michael Toney 是其中之一。

不過,在學界和企業紛紛做出研究嘗試之際,電力公司和汽車電力系統製造商,對鈉電池的認可度卻不高。它們更願意堅持使用鋰電池。 

「鋰離子電池技術,現在的成本在各種市場上都非常具有競爭力,」 Dosima Research 的電池專家 David Snydacker 解釋,「所以,新的鈉電池要想獲得成功,它不僅要先與傳統技術競爭,還必須與鋰電池競爭,這是一個很高的要求。」

鈉電池一個尚未解決的問題,是找到或創造一個高容量陽極,即電池的負極。比較符合要求的一種材料是硬碳,它允許在原子間的空間中儲存鈉離子。



「鋰離子電池使用的是石墨,但這不適用於鈉離子,」Toney 說,「但我們使用了硬碳,儘管這不是最理想的,也沒人真正瞭解這種材料。」

可擴展性是硬碳的一個重要特徵。「我們可以重新調整不同尺寸的電池,這種電極材料的重點是其可持續性。它以生物量為基礎,所以如果用量更大的話,你可以物盡其用。」Lee 說道。

而為了尋求市場的認可,另一個決定因素,是可以用現有工業生產線來生產鈉電池。「對鈉電池的處理方式,應該與鋰離子電池的非常相似。」

所以,鈉電池可能會從現有生產線中誕生,但問題是要等到什麼時候?一種設想是鈉電池實際上是很經濟性的,但這種觀點現在依然沒有定論。

與 Tiamat 相關的研究人員,雖然已經將 2020 年作為投入生產的最後期限,但他們是否會達到這一目標還有待觀察。 法國亞眠大學的 Mathieu Morcrette 坦承,「還有很多工作要做,我們還沒有達到目標。」

另外,鈉比鋰更便宜的說法,在一開始至少也並不成立。 Snydacker 表示:「鈉的價格確實比鋰更便宜,在不使用鋰的情況下,成本可以降低 5% 到 10%,但是其餘的成本,將會相當昂貴。但他對未來是樂觀的。

「對鈉電池技術而言,在長長的隧道盡頭會有一道光亮,」他說,「一旦所有的投資到位,就會有一個價格合理的優質產品誕生。新電池技術面臨的主要挑戰,並不是製造技術難以開發和建設,而是與那些經過深入研究和打磨的技術相比,新電池技術無論是在性能,還是成本方面,從根本上都不佔優。」




                                                                                                                                                                                                                 

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