01

拋開“火系”選擇水

為什么鋰電池容易失控發(fā)生燃爆？最主要的原因之一就是其內(nèi)部易燃的電解液。一旦電解液因外部撞擊，或內(nèi)部鋰枝晶生長而流出，就有可能發(fā)生燃爆事故。

為了安全，我們在之前的文章中提到過固態(tài)電解質(zhì)的研究，但固態(tài)電池還沒有走到量產(chǎn)應(yīng)用這步，仍是一個業(yè)內(nèi)公認(rèn)的、尚未摘得的“圣杯”。那還有沒有別的選擇？

當(dāng)然有，近期北京航空航天大學(xué)與北京納米能源與系統(tǒng)研究所共同研發(fā)的一款“超級鈉離子電池”就能做到既安全又“長壽”。

鈉電池大家并不陌生，但這款鈉電池并不能用傳統(tǒng)的思路去理解。

常說的鈉電池和鋰電池極為相似：它們的工作原理和結(jié)構(gòu)類似，均由正負(fù)極、隔膜和電解液組成，依靠鈉離子或鋰離子在電池正負(fù)極之間移動實現(xiàn)電能的存儲和輸出；二者都可以重復(fù)充放電，統(tǒng)稱為“搖椅式電池”。

鈉電池和鋰電池的工作原理類似

唯一的區(qū)別在于，鈉電池能量密度低一些，鈉離子體積也要比鋰離子大得多，所以正負(fù)極材料、隔膜和電解液都需進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

但從電解液的角度看，商用鈉電池用的還是有機溶劑，也就是碳酸酯等化學(xué)物質(zhì)，失控風(fēng)險仍在。而這款新的鈉離子電池的電解液用的是水作為基底，安全性大幅提升，也可以被稱為“水系電池”。

02

為儲能而生的新型鈉電池

水系電池這個概念早在二十多年前就已提出。簡單來說就是把危險的電解液換成以水為主的材料，北航團隊們就在水基液體中添加了鈉鹽。這樣一來，不僅成本低、無污染，還具備安全和高功率性能等特點。

最重要的是，經(jīng)過電解液、正負(fù)極材料的重新組合，這款“超級鈉離子電池”它的循環(huán)壽命達(dá)到了可怕的3.8萬次——目前有計劃量產(chǎn)的鈉電池循環(huán)壽命大概在3000～10000次之間，工作溫度可以低至零下70攝氏度、上至45攝氏度，用作儲能是最合適的。

儲能場景非常需要循環(huán)壽命高、成本低的電池

跟儲能最適配的就是它的循環(huán)壽命。儲能電池有個最大的特點就是需要頻繁充放電，因此對電池的循環(huán)壽命要求較高。

可再生能源有“靠天吃飯”的特性，需要調(diào)節(jié)和輔助手段才能支撐，儲能是實現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)的主要手段。除去抽水蓄能，在現(xiàn)有的新型儲能技術(shù)中，鋰電池最為成熟，具備大規(guī)模應(yīng)用條件。但鋰電池成本還高，所以寧德時代等電池廠商在鋰價飛漲時看中了鈉電池。

而北航這款新型鈉電池在25攝氏度的情況下、循環(huán)3.8萬次后，仍能保持85.5%的容量，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鈉離子電池和成本更低的磷酸鐵鋰電池的壽命水平，意味著大幅降低了更換及維護(hù)成本。

上面說的高安全性也特別適合儲能場景。傳統(tǒng)鋰電儲能站最經(jīng)常發(fā)生的事故原因就是火災(zāi)，占比超九成。

以水為基底作溶劑替代了易燃的有機電解質(zhì)，基本從根源上消除了熱失控風(fēng)險。就算儲能設(shè)施部署于人口稠密區(qū)或是地下封閉空間，都能符合儲能系統(tǒng)的安全要求。

03

能量密度短板補上了嗎？

怎么看它都是儲能領(lǐng)域一顆極有潛力的新星，但這個新星也有弱點，在于水的“原罪”。

水系電池的這概念既然早早就提出，卻坐了這么多年“冷板凳”總是有原因的，主要一點就是它的電化學(xué)特性。

純水本身的分解電壓只有1.23V，也就是說只要電壓給得超過1.23V，水就分解了，成了氫和氧。這不就成了電解水制氫嗎？

而有機溶劑為電解液的離子電池的輸出電壓一般都能做到4V以上，因此，水系電池的能量密度都比較低。本文說的超級鈉電池能量密度也不過147.3Wh/kg，就已經(jīng)超越了50～90Wh/kg的水系電池平均水平。

這個水系鈉離子電池能做到接近傳統(tǒng)鈉電池的能量密度實屬不易，要歸功于一系列配方改良。不僅是水基溶劑要改，正負(fù)極材料也要改，多種組合實驗才得到了這么一個較為成功的配方。

商用的前提當(dāng)然是把綜合性能繼續(xù)提升，再將配方不斷改良，說不定以后還會有水系鋰電池誕生。

微信訂閱

歡迎通過郵局渠道訂閱2025年《電腦報》

郵發(fā)代號：77-19

單價：8元，年價：400元

編輯｜張毅

主編｜黎坤

總編輯｜吳新

爆料聯(lián)系：cpcfan1874（微信）

壹零社：用圖文、視頻記錄科技互聯(lián)網(wǎng)新鮮事、電商生活、云計算、ICT領(lǐng)域、消費電子，商業(yè)故事。《中國知網(wǎng)》每周全文收錄；中國科技報刊100強；2021年微博百萬粉絲俱樂部成員；2022年抖音優(yōu)質(zhì)科技內(nèi)容創(chuàng)作者