替代锂电池？钠电池还需“穿越”一段悠长隧道

众所周知，锂离子是手机、笔记本电脑和汽车电池中的活性成分。但考虑到锂的成本较高，研究人员们一直在寻找另一种更为丰富的元素来替代它。

随后，一些初创公司和老牌企业将钠离子视作活性成分以开发充电电池，钠是锂在元素周期表上的“邻居”。

除了钠的易得性之外，它还有其他几个重要的特性 - 其中最重要的是它的耐火性。“当然，它还可以存储与锂电池相当的能量，这是个不错的选择。”斯坦福大学研究钠电池的 Minah Lee 说。

如今，许多公司正在开发钠电池，其最终目标是取代锂电池。法国国家科学研究中心（CNRS）最近就宣布成立了一家坐落于亚眠的创业公司 Tiamat，该公司将在 2020 年开发钠电池并向市场推出。CNRS 表示，它会被设计成 18650 那样的尺寸型号。

还有一家名为Aquion 的美国创业公司，它以高容量海水电池储存能源为核心，Bill Gates 和 Kleiner Perkins 起初为它出资 1.9 亿美元。不过，这家公司随后的发展甚至走上面临破产的窘境，在 7 月份，Juline Titans LCC 以 916 万美元将其收购。

与此同时，一些大学的研究人员现在正集中研究将电池中的锂元素换成钠元素。科学工作者的优势在于，他们可以使用大型仪器（如加速器）来研究阳极材料及其功能。

“我们可以清楚地了解钠的实际去向——无论是在细微的原子层面（如何与其他原子结合）还是更宏观层面——以及电极粒子吸收钠离子时它所产生的变化。”斯坦福大学负责 SLAC 国家加速器实验室的研究员Michael Toney 是其中之一。

不过，在学界和企业纷纷做出研究尝试之际，电力公司和汽车电力系统制造商对钠电池的认可度却不高。它们更愿意坚持使用锂电池。 “锂离子电池技术现在的成本在各种市场上都非常具有竞争力，” Dosima Research 的电池专家 David Snydacker 解释，“所以，新的钠电池要想获得成功，它不仅要先与传统技术竞争，还必须与锂电池竞争，这是一个很高的要求。”

钠电池一个尚未解决的问题是找到或创造一个高容量阳极，即电池的负极。比较符合要求的一种材料是硬碳，它允许在原子间的空间中存储钠离子。“锂离子电池使用的是石墨，但这不适用于钠离子，”Toney 说，“但我们使用了硬碳，尽管这不是最理想的，也没人真正了解这种材料。”

可扩展性是硬碳的一个重要特征。“我们可以重新调整不同尺寸的电池，这种电极材料的重点是其可持续性。它以生物量为基础，所以如果用量更大的话，你可以物尽其用。”Lee 说道。

而为了寻求市场的认可，另一个决定因素是可以用现有工业生产线来生产钠电池。“对钠电池的处理方式应该与锂离子电池的非常相似。”

所以，钠电池可能会从现有生产线中诞生，但问题是要等到什么时候？一种设想是钠电池实际上是很经济性的，但这种观点现在依然没有定论。

与 Tiamat 相关的研究人员虽然已经将 2020 年作为投入生产的最后期限，但他们是否会达到这一目标还有待观察。 法国亚眠大学的 Mathieu Morcrette 坦承，“还有很多工作要做，我们还没有达到目标。”

另外，钠比锂更便宜的说法在一开始至少也并不成立。 Snydacker 表示：“钠的价格确实比锂更便宜，在不使用锂的情况下，成本可以降低 5％ 到 10％，但是其余的成本将会相当昂贵。但他对未来是乐观的。

“对钠电池技术而言，在长长的隧道尽头会有一道光亮，”他说，“一旦所有的投资到位，就会有一个价格合理的优质产品诞生。新电池技术面临的主要挑战并不是制造工艺难以开发和建设，而是与那些经过深入研究和打磨的技术相比，新电池技术无论是在性能还是成本方面，从根本上都不占优。”