歐陽楚英教授：
寧德時代新能源科技有限公司研發(fā)總裁
江西師范大學(xué)教授
歐陽楚英教授長期從事計算材料設(shè)計和鋰離子電池材料基礎(chǔ)研究，研究工作對鋰離子電池材料和產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了重要的影響。Scopus數(shù)據(jù)庫顯示，其210篇SCI論文被引6205次，H指數(shù)達(dá)到44。歐陽楚英教授領(lǐng)銜計算材料物理團(tuán)隊先后承擔(dān)863重點項目子課題1項；國家自然科學(xué)基金13項，其中重點基金1項；省部級項目10項。獲江西省科學(xué)技術(shù)（自然科學(xué)類）三等獎2項；團(tuán)隊享受省政府特殊津貼1人，贛鄱英才555工程領(lǐng)軍人才1人，省百千萬人才2人，青年井岡學(xué)者1人。
主要觀點
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我們?nèi)绾未_保在不久的將來實現(xiàn)一個碳中和的世界？為了澄清答案，需要在不同方面作出許多努力，但有一點是明確的：必須建立一個可持續(xù)和高效的儲能系統(tǒng)。
鈉離子電池（SIB）作為鋰離子電池（LIB）的補(bǔ)充技術(shù)，由于其獨特的性能，包括低成本和綠色理念，正受到廣泛關(guān)注。此外，這些精確的特性使鈉離子技術(shù)有足夠的潛力來解決碳中和問題。
近年來，來自不同國家的公司和初創(chuàng)公司聲稱，通過不同的技術(shù)路線圖，已接近實現(xiàn)SIB商業(yè)化。在英國，F(xiàn)aradion制造了以Ni–Mn–Fe層狀氧化物為陰極、硬碳為陽極的圓柱形鈉離子電池。利用法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）的技術(shù)，法國初創(chuàng)公司Tiamat發(fā)布了Na3V2（PO4）3陰極和硬碳陽極的圓柱形電池，顯示出在10C下具有良好的倍率性能。在美國，Novasis公司與Sharp實驗室合作，專注于普魯士藍(lán)陰極和硬碳陽極技術(shù)。另一家美國初創(chuàng)公司Natron Energy也開發(fā)了使用對稱普魯士藍(lán)電極和水基電解質(zhì)的快速充電鈉離子技術(shù)。同期，中國機(jī)構(gòu)和公司也參與了SIB的發(fā)展。中科海鈉開發(fā)了一種具有Cu–Fe–Mn層狀氧化物陰極和軟碳陽極的SIB，并將其產(chǎn)品成功應(yīng)用于第一個100 kW·h的SIB儲能站。遼寧星空鈉電正在研制普魯士藍(lán)色陰極。
層狀氧化物陰極的容量相對較高，適用于電動汽車，普魯士藍(lán)陰極由于其良好的功率性能，非常適合小型儲能電站的要求。此外，聚陰離子陰極顯示出具有吸引力的長期儲能能力。2021年7月，寧德時代（CATL）發(fā)布了其第一代SIB，采用普魯士白（Na2Mn[Fe(CN)6]）陰極和硬碳陽極；他們的產(chǎn)品容量為160 W·h·kg?1和卓越的快速充電和低溫能力。
來源：Byteclicks
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SIB技術(shù)的關(guān)鍵理念是低成本和可持續(xù)性。
雖然低成本的重要性在材料層面上很容易理解，但鈉離子技術(shù)是否也能在系統(tǒng)層面上保持其成本優(yōu)勢可能會受到質(zhì)疑。2018年，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的一個研究團(tuán)隊進(jìn)行了成本計算，結(jié)果表明，SIB技術(shù)在未來的成本中將具有巨大優(yōu)勢，尤其是在鋰短缺和相關(guān)價格上漲的情況下。根據(jù)我們內(nèi)部評估，當(dāng)碳酸鋰的材料成本達(dá)到100元/公斤左右時、SIB的成本優(yōu)勢不容忽視。不管是幸運還是不幸，鋰的價格最近一直以令人難以置信的速度上漲。
除了鋰之外，鈷是另一個關(guān)鍵元素，可以使用SIB技術(shù)來避免其使用。如果所有內(nèi)燃機(jī)（ICE）車輛都被電池電動汽車（BEV）取代，我們可能有足夠的鋰，但只要所有電化學(xué)能源單元都基于鋰技術(shù)，我們肯定會遇到鈷短缺。事實上，避免使用鋰和鈷的好處不僅與它們的成本有關(guān)；有強(qiáng)有力的證據(jù)表明，由于這種避免，SIB的供應(yīng)鏈比LIB安全得多。鋰和鈷分別集中在南美和剛果。阿根廷、玻利維亞和智利正在形成一個所謂的“石油輸出國鋰組織（OPEC）”，SIB的低成本和供應(yīng)鏈安全都植根于其豐富的原材料。
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SIB相對良好的環(huán)境影響是另一個關(guān)鍵優(yōu)勢，將其定義為碳中和時代的技術(shù)。
根據(jù)生命周期評價方法，通常根據(jù)全球變暖潛能值（GWP）產(chǎn)生的碳足跡已成為高度關(guān)注的焦點。為了滿足碳中和的要求，有必要研究和了解整個SIB供應(yīng)鏈關(guān)鍵組件或方面的生命周期中排放的CO2當(dāng)量。歐洲議會于2020年提出了一項新的電池法規(guī)草案，要求在2024年之前貼上標(biāo)簽，說明容量超過2 kw·h的電池的碳足跡。中國還于2020年發(fā)布了第二版新能源汽車路線圖。與第一版路線圖相比，新版路線圖強(qiáng)調(diào)了“低碳排放”的概念。為了支持碳中和，甚至只是為了考慮遵守即將出臺的政策和法規(guī)的最低要求，非常有必要及時進(jìn)行電池價值鏈碳足跡驗證和驗證方法研究。由于其低成本和可持續(xù)性的優(yōu)勢，SIB被認(rèn)為是一種非常有前景的儲能技術(shù)，尤其是風(fēng)能和光伏發(fā)電。考慮到其安全的供應(yīng)鏈，SIB顯示出對A級BEV的高度兼容性；特別是，隨著電池交換解決方案的成熟（將已放電的模塊化電池替換為已充電的電池），例如在CATL的EVOGO電池交換解決方案中，SIB可以充當(dāng)Choco SEB（交換電塊），允許不同功能單元的靈活組合。
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與鋰離子相比，鈉離子在常規(guī)電解質(zhì)中固有地表現(xiàn)出更高的去溶劑能力。因此，加上硬碳陽極和普魯士白陰極的獨特結(jié)構(gòu)，SIB在電池級別上表現(xiàn)出優(yōu)異的功率性能。因此，SIB被認(rèn)為是叉車、電動工具和車輛用12V/48V起動、照明和點火（SLI）電池等電力應(yīng)用的理想選擇。與傳統(tǒng)的動力應(yīng)用技術(shù)鉛酸電池相比，SIB的使用壽命更長（超過8年而不是兩年），能量密度更高（160 W·h·kg?1對40 W·h·kg?1） 。
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鈉離子技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程絕不是單個公司的單獨行動；相反，這將需要整個價值鏈的充分協(xié)調(diào)。謹(jǐn)慎估計，到2025年，SIBs的需求量將至少為50 GW·h。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，必須在不久的將來建立一個成熟和經(jīng)濟(jì)的原材料供應(yīng)鏈。因此，我們期待著對這項新技術(shù)有一個更加寬容和理性的市場觀。沒有一種電池技術(shù)能夠滿足不同應(yīng)用的所有需求，因此每種技術(shù)都可以在特定的利基市場中占有一席之地。在全社會的努力下，我們相信鈉離子技術(shù)將很快有助于加速世界碳中和。
文章鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.04.011
