自20世紀(jì)90年代問(wèn)世以來(lái)，鋰離子電池一直是電動(dòng)汽車(chē)（EV）、手機(jī)和筆記本電腦等'綠色'應(yīng)用的首選解決方案。憑借高能量密度、高效率以及在小巧輕便的封裝中存儲(chǔ)大量能量的特性，鋰離子電池一直扮演著重要的角色。

鋰材料的環(huán)保問(wèn)題

隨著電動(dòng)汽車(chē)消費(fèi)量的增長(zhǎng)，我們有必要審視電池利用的方方面面，比如礦物開(kāi)采、資源利用、環(huán)境問(wèn)題，甚至是地緣政治現(xiàn)實(shí)。例如，電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)僅電池部分就排放超過(guò)七噸二氧化碳當(dāng)量（CO2e）。麥肯錫《電動(dòng)汽車(chē)電池脫碳競(jìng)賽》報(bào)告指出，生產(chǎn)用于為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力的大型鋰離子電池是電動(dòng)汽車(chē)和卡車(chē)主要的隱含排放源，約占總生產(chǎn)排放量的40%至60%[1]。

雖然鋰仍然是一種可利用的資源，但開(kāi)采過(guò)程面臨環(huán)境挑戰(zhàn)?！洞蟊姍C(jī)械》（Popular Mechanics）通過(guò)數(shù)據(jù)分析指出，已知鋰儲(chǔ)量足以生產(chǎn)約110億輛電動(dòng)汽車(chē)[2]。因此，雖然地球可以提供我們所需的所有鋰資源，但'從地球中提取鋰卻是另一回事'。建立能夠從地下提取鋰和其他材料并進(jìn)行加工的基礎(chǔ)設(shè)施將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。從開(kāi)采有限資源（包括鋰、鈷和鎳）對(duì)環(huán)境造成的影響，到陰極、陽(yáng)極、粘合劑、集電器和大量電池廢料所需的復(fù)雜回收流程，鋰的“綠色”屬性似乎受到了質(zhì)疑。

據(jù)歐洲新聞社報(bào)道，南美洲的“鋰礦區(qū)”凸顯了電力未來(lái)的陰暗面。在智利的阿塔卡馬鹽湖，生產(chǎn)一噸鋰大約需要220萬(wàn)升水[3]。鋰礦開(kāi)采占用了當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)寶貴的水資源，而用于鋰生產(chǎn)的蒸發(fā)池每天消耗2,100萬(wàn)升水。據(jù)BBC報(bào)道，提取一噸鋰所需的水量是提取一噸鈉的682倍[4]。

除了環(huán)境挑戰(zhàn)之外，鋰在中國(guó)等地的生產(chǎn)還面臨地緣政治風(fēng)險(xiǎn)和全球制造產(chǎn)能問(wèn)題[5]。

鈉離子電池的吸引力

鈉離子電池（SIB）的發(fā)展仍然落后于其前身鋰離子電池。不過(guò)，人們對(duì)鈉離子電池的興趣正在上升。鈉的儲(chǔ)量是鋰的1,000倍，而且鈉離子電池具有高功率、快速充電和低溫運(yùn)行的特點(diǎn)。

鈉離子電池受到重視的原因有很多，其中包括：

鈉的提取和提純成本較低

SIB的毒性較低，因?yàn)樗鼈儾皇褂娩?、鈷、銅或鎳，而已知這些物質(zhì)在火災(zāi)中會(huì)釋放有毒氣體（熱失控風(fēng)險(xiǎn)較低）。

SIB集快速充電、高功率、極端溫度下的穩(wěn)定性和超過(guò)50,000次循環(huán)壽命于一身

SIB可使用可近岸獲取的材料制造，支持清潔能源供應(yīng)鏈

SIB適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括固定和移動(dòng)應(yīng)用

SIB已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，人們對(duì)它的興趣與日俱增

然而，鈉離子電池仍然存在缺點(diǎn)。雖然其消耗的資源較少，但能量密度通常低于鋰離子電池，而且在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體也多于同等能量的鋰離子電池。

Natron的成功案例

2024年第二季度，Natron Energy宣布其位于密歇根州荷蘭市的生產(chǎn)設(shè)施首次在美國(guó)實(shí)現(xiàn)了鈉離子電池的商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。Natron聲稱(chēng)其鈉離子電池具有更高的功率密度、更高的循環(huán)次數(shù)和獨(dú)特的安全性，美國(guó)國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈，同時(shí)也是市場(chǎng)上唯一獲得UL認(rèn)證的鈉離子電池[6]。

要實(shí)現(xiàn)如此規(guī)模的鈉離子電池生產(chǎn)，Natron公司需要投入大量資金，對(duì)其價(jià)值3 億美元的工廠進(jìn)行升級(jí)，并將現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線(xiàn)改造為鈉離子電池生產(chǎn)線(xiàn)。此外，美國(guó)能源部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA-E）還通過(guò)'具有未開(kāi)發(fā)潛力的領(lǐng)先能源技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)展種子計(jì)劃'（SCALEUP）為Natron提供了1,980萬(wàn)美元。該公司的電池已開(kāi)始陸續(xù)投放市場(chǎng)，初期主要面向數(shù)據(jù)中心客戶(hù)，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的人工智能領(lǐng)域?qū)τ趦?chǔ)能設(shè)備的需求。

Natron的努力還解決了鋰離子電池面臨的一些環(huán)境和安全問(wèn)題，因?yàn)樗麄兊墓?yīng)鏈中沒(méi)有鋰、鈷、鎳或其他難以獲得的礦物質(zhì)。取而代之的是鋁、鐵、錳和鈉電解質(zhì)等常見(jiàn)材料，這意味著電池具有不可燃性。

Natron能源公司將其技術(shù)向前推進(jìn)了一步，宣布將在北卡羅來(lái)納州建造一座耗資 14億美元的千兆級(jí)鈉離子電池制造廠。該公司預(yù)計(jì)每年將生產(chǎn)24GW的SIB，將公司目前的產(chǎn)能提高40倍。北卡羅來(lái)納州就業(yè)發(fā)展投資補(bǔ)助金（JDIG）提供了為期12年的補(bǔ)助。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將為該地區(qū)創(chuàng)造1,000余個(gè)高質(zhì)量的本地工作崗位，同時(shí)預(yù)計(jì)還將為該州經(jīng)濟(jì)帶來(lái)34億美元的增長(zhǎng)。Natron聲稱(chēng)，其獲得專(zhuān)利的普魯士藍(lán)電極存儲(chǔ)和傳輸鈉離子的速度比目前任何其他商用電池都要快，內(nèi)阻也更低。

競(jìng)爭(zhēng)的序幕已拉開(kāi)

鈉基電池?zé)o疑正在迅速發(fā)展。到2022年，鈉離子電池的能量密度已達(dá)到十年前低端鋰離子電池的水平。

近期，中國(guó)多家電池企業(yè)和汽車(chē)制造商宣布推出新型鈉離子電池，有望降低固定存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車(chē)的成本。例如，江淮汽車(chē)發(fā)布了其聲稱(chēng)采用中科海鈉鈉離子電池的全球首款量產(chǎn)車(chē)照片，續(xù)航里程可達(dá)245公里（155英里）[7]。一個(gè)月后，中國(guó)主要的電動(dòng)汽車(chē)電池制造商——寧德時(shí)代也宣布計(jì)劃推出鈉離子電池[8]。與Natron不同的是，這兩家公司沒(méi)有公布電池的生產(chǎn)時(shí)間表或性能指標(biāo)。

盡管鋰離子電池在短期內(nèi)不會(huì)被淘汰，但鈉離子技術(shù)在電池壽命、電解液改進(jìn)和電極材料優(yōu)化方面也取得了顯著進(jìn)展。鋰礦開(kāi)采和加工設(shè)施的現(xiàn)實(shí)情況促使人們加快尋找替代方案，以滿(mǎn)足正努力跟上需求增長(zhǎng)的行業(yè)需求。