什么是钠电池?为什么必须发展钠电池?【钠的相对原子质量是多少啊 钠元素的相对原子质量是多少】什么是钠离子电池呢?为什么要研究钠离子电池呢?钠离子电池又有什么优劣势呢?
1、行业背景
钠离子电池在20 世纪70 年代末、80 年代初得到关注, 但因锂离子电池优异的电化学性能而没有得到广泛研究 。但随着电动汽车、智能电网时代的到来, 锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素 。
因此, 亟需发展下一代综合性能优异的储能电池体系,钠离子电池就被大家重新记起 。
2、什么是钠离子电池?
钠离子电池具有与锂离子电池类似的工作原理,正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成 。
充电时 , Na+从正极脱出经过电解质嵌入负极, 同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极, 保证正负极电荷平衡 。放电时则相反, Na+从负极脱嵌, 经过电解质嵌入正极 。
在正常的充放电情况下, 钠离子在正负极间的嵌入脱出不破坏电极材料的基本化学结构 。从充放电可逆性看, 钠离子电池反应是一种理想的可逆反应 。
图2 钠离子电池工作原理
3、为什么要研究钠离子电池?
可以总结为四个字,成本控制 。
众所周知 , 锂离子电池材料中常用的钴和镍等重金属元素,不仅资源稀有、价格昂贵,而且对环境也有不利影响 。
特别需要指出的是,合成正极材料都需要相当比例的含锂前驱体 , 而锂的资源十分有限,随着锂离子电池应用范围的快速扩展 , 必然会出现锂盐供不应求的局面 。
其实,近年来由于我国电动汽车产量快速增长,导致锂离子电池产能的提升,从而出现碳酸锂价格飞涨的局面 。
可以预期,锂离子电池原材料成本难以大幅降低,将使其在大规模储能中的应用受到限制 。
4、锂资源有限
对于锂离子电池材料 , 含锂前驱体主要形式为碳酸锂 。碳酸锂有两种来源:矿石和盐湖 。锂矿石主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在 。从盐湖卤水提取生产的锂化学产品主要是碳酸锂或氯化锂 。
美国地质调查局的数据显示 , 目前全球已探明的锂资源量(金属锂当量)为3950万吨,其中几乎73%集中分布在南美洲少数国家 。全球可开采锂资源储量约为1350 万吨(以碳酸锂当量计算约为7100 万吨),近两年锂资源的年平均开采量为3.5万吨 , 即便如此预计也仅可供开采385年,更何况目前每年的锂资源开采量正逐渐增加 。
表1 和图3 展示了全球主要锂资源国家分布、产量及储量情况 。
表1 全球锂资源产量
图3 世界主要锂资源国家产量和储量
统计数据显示,目前全球一年锂资源的消耗量大约是3 万吨(以金属锂计算) , 其中约有1万吨是用于电池领域,也就是说在锂的下游用途中,用于电池领域的锂资源约占总量的30% 。
在电动汽车中 , 锂离子电池成本约占总成本的一半(现在比例有些下降),而在锂离子电池成本中,占比最大的是正极材料 , 一般占30%~40% 。
截至2020年底,全国新能源汽车保有量达492万辆,占汽车总量的1.75%,比2019年增加111万辆,增长29.18% 。其中,纯电动汽车保有量400万辆 , 占新能源汽车总量的81.32% 。新能源汽车增量连续三年超过100万辆,呈持续高速增长趋势 。
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