 欧阳楚英教授： 宁德时代新能源科技有限公司研发总裁 江西师范大学教授 欧阳楚英教授长期从事计算材料设计和锂离子电池材料基础研究，研究工作对锂离子电池材料和产业产生了重要的影响。Scopus数据库显示，其210篇SCI论文被引6205次，H指数达到44。欧阳楚英教授领衔计算材料物理团队先后承担863重点项目子课题1项；国家自然科学基金13项，其中重点基金1项；省部级项目10项。获江西省科学技术（自然科学类）三等奖2项；团队享受省政府特殊津贴1人，赣鄱英才555工程领军人才1人，省百千万人才2人，青年井冈学者1人。 主要观点 1 我们如何确保在不久的将来实现一个碳中和的世界？为了澄清答案，需要在不同方面作出许多努力，但有一点是明确的：必须建立一个可持续和高效的储能系统。 钠离子电池（SIB）作为锂离子电池（LIB）的补充技术，由于其独特的性能，包括低成本和绿色理念，正受到广泛关注。此外，这些精确的特性使钠离子技术有足够的潜力来解决碳中和问题。 近年来，来自不同国家的公司和初创公司声称，通过不同的技术路线图，已接近实现SIB商业化。在英国，Faradion制造了以Ni–Mn–Fe层状氧化物为阴极、硬碳为阳极的圆柱形钠离子电池。利用法国国家科学研究中心（CNRS）的技术，法国初创公司Tiamat发布了Na3V2（PO4）3阴极和硬碳阳极的圆柱形电池，显示出在10C下具有良好的倍率性能。在美国，Novasis公司与Sharp实验室合作，专注于普鲁士蓝阴极和硬碳阳极技术。另一家美国初创公司Natron Energy也开发了使用对称普鲁士蓝电极和水基电解质的快速充电钠离子技术。同期，中国机构和公司也参与了SIB的发展。中科海钠开发了一种具有Cu–Fe–Mn层状氧化物阴极和软碳阳极的SIB，并将其产品成功应用于第一个100 kW·h的SIB储能站。辽宁星空钠电正在研制普鲁士蓝色阴极。 层状氧化物阴极的容量相对较高，适用于电动汽车，普鲁士蓝阴极由于其良好的功率性能，非常适合小型储能电站的要求。此外，聚阴离子阴极显示出具有吸引力的长期储能能力。2021年7月，宁德时代（CATL）发布了其第一代SIB，采用普鲁士白（Na2Mn[Fe(CN)6]）阴极和硬碳阳极；他们的产品容量为160 W·h·kg−1和卓越的快速充电和低温能力。  来源：Byteclicks 2 SIB技术的关键理念是低成本和可持续性。 虽然低成本的重要性在材料层面上很容易理解，但钠离子技术是否也能在系统层面上保持其成本优势可能会受到质疑。2018年，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的一个研究团队进行了成本计算，结果表明，SIB技术在未来的成本中将具有巨大优势，尤其是在锂短缺和相关价格上涨的情况下。根据我们内部评估，当碳酸锂的材料成本达到100元/公斤左右时、SIB的成本优势不容忽视。不管是幸运还是不幸，锂的价格最近一直以令人难以置信的速度上涨。 除了锂之外，钴是另一个关键元素，可以使用SIB技术来避免其使用。如果所有内燃机（ICE）车辆都被电池电动汽车（BEV）取代，我们可能有足够的锂，但只要所有电化学能源单元都基于锂技术，我们肯定会遇到钴短缺。事实上，避免使用锂和钴的好处不仅与它们的成本有关；有强有力的证据表明，由于这种避免，SIB的供应链比LIB安全得多。锂和钴分别集中在南美和刚果。阿根廷、玻利维亚和智利正在形成一个所谓的“石油输出国锂组织（OPEC）”，SIB的低成本和供应链安全都植根于其丰富的原材料。 3 SIB相对良好的环境影响是另一个关键优势，将其定义为碳中和时代的技术。 根据生命周期评价方法，通常根据全球变暖潜能值（GWP）产生的碳足迹已成为高度关注的焦点。为了满足碳中和的要求，有必要研究和了解整个SIB供应链关键组件或方面的生命周期中排放的CO2当量。欧洲议会于2020年提出了一项新的电池法规草案，要求在2024年之前贴上标签，说明容量超过2 kw·h的电池的碳足迹。中国还于2020年发布了第二版新能源汽车路线图。与第一版路线图相比，新版路线图强调了“低碳排放”的概念。为了支持碳中和，甚至只是为了考虑遵守即将出台的政策和法规的最低要求，非常有必要及时进行电池价值链碳足迹验证和验证方法研究。由于其低成本和可持续性的优势，SIB被认为是一种非常有前景的储能技术，尤其是风能和光伏发电。考虑到其安全的供应链，SIB显示出对A级BEV的高度兼容性；特别是，随着电池交换解决方案的成熟（将已放电的模块化电池替换为已充电的电池），例如在CATL的EVOGO电池交换解决方案中，SIB可以充当Choco SEB（交换电块），允许不同功能单元的灵活组合。  4 与锂离子相比，钠离子在常规电解质中固有地表现出更高的去溶剂能力。因此，加上硬碳阳极和普鲁士白阴极的独特结构，SIB在电池级别上表现出优异的功率性能。因此，SIB被认为是叉车、电动工具和车辆用12V/48V起动、照明和点火（SLI）电池等电力应用的理想选择。与传统的动力应用技术铅酸电池相比，SIB的使用寿命更长（超过8年而不是两年），能量密度更高（160 W·h·kg−1对40 W·h·kg−1） 。 5 钠离子技术的商业化进程绝不是单个公司的单独行动；相反，这将需要整个价值链的充分协调。谨慎估计，到2025年，SIBs的需求量将至少为50 GW·h。为了实现这一目标，必须在不久的将来建立一个成熟和经济的原材料供应链。因此，我们期待着对这项新技术有一个更加宽容和理性的市场观。没有一种电池技术能够满足不同应用的所有需求，因此每种技术都可以在特定的利基市场中占有一席之地。在全社会的努力下，我们相信钠离子技术将很快有助于加速世界碳中和。 文章链接: https:///10.1016/j.eng.2022.04.011 |
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