鉅大LARGE | 點擊量：866次 | 2021年09月24日
鈉很有可能成為新一代電池主角
我國儲能網訊：一項極具潛力的技術正在誕生，日本將從汽車大國邁向蓄能大國。2012年十月，在歐洲最大的汽車廠商德國大眾公司總部的所在地沃爾夫斯堡，一位34歲的日本研究人員博得滿堂喝彩。他就是東京理科大學講師藪內直明，被選為大眾與德國知名化學公司BASF為了推動能源存儲技術的開發(fā)而設立的科學技術獎ScienceAwardElectrochemistry第1屆獲獎者。
東京理科大學試制的鈉離子電池（左）與在德國領獎的藪內直明（右側照片左側）
藪內的研究對象是鈉離子電池。將海水中含量豐富的鈉用于電池內部的電極等。也就是將如今廣泛應用于數字家電及電動汽車等領域的鋰離子電池中的鋰換成鈉。大約2年前，電池學會對這項研究根本不予重視，而如今成了大有發(fā)展前途的技術，藪內稱，今年在全球或將有約500篇相關論文發(fā)表，日本在該技術研究領域大大領先。全球多家大公司紛紛向藪內發(fā)出進行共同研究的邀請。
鈉離子電池之所以受到關注，是因為其資源幾乎取之不盡用之不竭，易于降低成本。如下表所示，雖然蓄電池技術各有優(yōu)缺點，但鋰離子電池由于適合實現(xiàn)小型輕量化、可穩(wěn)定進行大容量充放電，因此目前居首位。不過，其面對的瓶頸是，鋰的儲量在地殼中僅占0.002％左右，是一種稀有金屬。而且大多分布于政局不穩(wěn)的南美等地，日本目前全部依賴進口。
材料成本為鋰的20分之1
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
相反，四周環(huán)海的日本是鈉的寶庫。與藪內共同進行著研究的東京理科大學副教授駒場慎一說：從材料本身的成本來看，鈉僅為鋰的20分之1。即使新增其他材料，成本至少也能降到原先的一半以下。
20世紀90年代，索尼公司等日本公司在全球率先實現(xiàn)了鋰離子電池的實用化，但眼下在韓國公司的攻勢下在市場上失利，就連索尼也有可能出售電池業(yè)務。
不過，隨著新興市場國家經濟的發(fā)展，全球或將面對能源短缺危機，可存儲能源的電池用途不再僅僅限于數字家電等領域。蓄電池已在向有助于提高全社會能源效率、可用于汽車及風力發(fā)電等電力設備的大容量電池發(fā)展。因此，在成本及性能兩方面進行改善的余地依然很大。鋰離子電池領域也不安寧，日本公司有可能借助技術實力，再次憑借電池席卷全球。
在豐田汽車公司電池研究部從事鈉離子電池開發(fā)的中西真二堅定地說：我們要開發(fā)的電池不僅是成本低，而且在性能方面也要達到與鋰離子電池同等或在其之上的水平。
豐田在于2012年十月舉辦的學會上宣布，在電池內部電極上采用鈷磷酸鹽的鈉化合物，可制造出電壓超過標準鋰離子電池的鈉離子電池。從該化合物的結構來看，鈉易于從多個方向進出，電極間的電力流通更為順暢。雖然還面對大容量化等實現(xiàn)實用化的課題，但給人的印象是，鈉很有可能成為新一代電池的主角。
電池的主角從家電轉為汽車
豐田正加速推進包括鈉電池在內的新一代電池研究。研究人員的目標是，推出充電一次可行駛500公里以上、性能可媲美汽油車的真正新一代汽車。中西認為：現(xiàn)在的鋰離子電池無法在維持后備箱尺寸等目前汽車形狀的條件下，實現(xiàn)500公里的行駛性能。
研究主題涉及到了電池本身的結構。例如，將用于電力在電極間流通的電解液改換為固體電解質的全固體電池。這種電池通過串聯(lián)配置多個電極，提高電壓，可獲得更高的能量密度。
在電池領域獲勝者將成為今后汽車行業(yè)的領軍者。正因如此，像文章開篇提到的大眾相同，全球汽車廠商都在努力拉攏相關研究人員，但電池的可能性并不僅限于此。由于使用電池，那么利用電動汽車就必須構筑社會能源基礎設施，因此汽車廠商的商機應該會進一步擴大。
日產汽車公司在全球率先實現(xiàn)了純電動汽車LEAF（聆風）的量產。該公司負責頂端研究的技術策劃部部長佐藤學介紹道：LEAF配備的電池容量中，用于行駛的約為5成。最多可將剩余的5成電力用于行駛以外的其他用途。一般情況下，駕駛汽車的時間在1天中僅占1成左右。汽車停放期間將存儲的電力供應給住宅的LEAFtohome機制在喚起純電動汽車需求方面起了很大用途。
日產還將于近期開始進行實證實驗，通過將風力發(fā)電等與LEAF的蓄電功能組合起來加以應用，提高整個社會的電力消費效率。將電力需求較少的夜間所發(fā)電力存儲到停泊著的LEAF中，并在白天的用電需求高峰放電。佐藤稱：汽車將成為電力基礎設施的一部分。
LEAF的蓄電容量目前是普通住宅定置式蓄電池的幾倍，再加上日本汽車制造產業(yè)的優(yōu)勢，因此成本競爭力較高。隨著純電動汽車的普及，還有望實現(xiàn)更大的量產效應，即便作為基礎設施蓄電池，汽車廠商也占據優(yōu)勢。假如以2030年純電動汽車保有量將達到500萬輛這一行業(yè)預測為前提，純電動汽車的供電能力可達到2500萬千瓦。相當于日本國內最大電力消費的14％。
此外，豐田和川崎重工業(yè)公司還在推進不利用蓄電池，而是把風力發(fā)電等所發(fā)的電力轉變成氫存儲起來的技術開發(fā)。這將大大地推動以氫為動力源，作為新一代汽車與純電動汽車同樣大有前途的燃料動力鋰電池車的普及。這些情況都表示，不僅是汽車，能源系統(tǒng)本身也有可能成為日本重要的出口產業(yè)。
日本政府于2012年作為《綠色經濟發(fā)展戰(zhàn)略》的核心，設定了到2020年占據全球蓄電池市場（20萬億日元）5成份額的目標。通過成為蓄能大國，日本能夠從汽車立國發(fā)展到汽車和能源立國。（日經能源環(huán)境網供稿）
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