鈉電池壽命、充電速度都輸鋰電池，為什麼卻成為電池的未來式？

我在《如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命？》曾提到，電池的球賽現在才4局下半，哪種材料會取得最後的勝利還很難說。如能量密度是石墨（372 Ah/Kg）10倍的矽材料（3579 Ah/Kg）；充電速度是石墨數倍的石墨烯；壽命是石墨（1000次）10倍的鈦酸鋰（1萬～2萬次）；還有整個體系大改的鋰硫電池、鋰空氣電池、固態電池，甚至還有許多非鋰系的外卡選手在場外虎視眈眈，如成本較低廉的鈉、鎂電池，壽命較長的鋁電池等，都以不可思議的速度發展中。

今天我就來介紹2021年一出場，就轟動武林、驚動萬教的外卡選手——鈉電池。

2021年，寧德時代推出第一代鈉電池，能量密度達160Wh/kg，常溫下充電15分鐘可以充到80%，堪比磷酸鐵鋰電池。如果你不是行內人，看完這段文字你一定在想，鈉電池是誰啊？有這麼厲害？是世紀大騙局還是真革命？ 

電池球賽第一局，「胖子」鈉電池輸給鋰電池，一輸就是40年

1970年代，當科學家在選擇電池材料時，是看著化學元素週期表進行挑選。還記得高中時代苦背的「鋰鈉鉀銣銫鍅」嗎？鋰（Li）與鈉（Na）在化學元素週期表上屬同一主族，性能相近，在電池原理上2者也相近，都是透過不斷在正、負極間來回游動充放電。於是一幫科學家選擇鋰電池，另一幫科學家選擇鈉電池。

鋰是個游泳健將，相比之下鈉的尺寸和重量都比鋰肥一大圈，可說是個胖子，想也知道，這個胖子自然游不過鋰。而且，這個胖子身上太多脂肪，儲存的肌肉（能量）密度不高，所以在電池球賽的第一局，鈉電池輸給鋰電池，這一輸就是40年。

鋰庫存有限，鈉電池捲土重來，敗部復活

但十年河東、十年河西，根據2020年世界銀行的估計，電池材料中最重要的鋰金屬，若要滿足全球現在的需求，需要地球庫存量的5倍，但實際上地球沒有那麼多存量。而且開採鋰礦時，平均每噸鋰需消耗約200萬公升的水，鋰電池又需要用到稀土，這些問題都讓環保人士詬病。為了尋找替代材料，回頭發現，鈉在地殼中化學元素平均含量是鋰的423倍，在地球上分布廣泛，多到你家裡買的食鹽裡面都有，價格遠遠低於鋰，於是在40年之後，胖子鈉電池捲土重來，敗部復活！

一張表看懂鈉電池與鋰電池的戰力

我們之前談過6個判斷電池技術潛能的基本邏輯：能量密度高、壽命長、充放電速度快、耐熱耐寒、安全性高、達到可商業化的成本。讓我們用下表比較鈉電池與鋰電池在這6個面向的戰力：

鈉電池最大的競爭力可能來自碳中和時代給予它的機遇：不用稀土、省水、比鋰電池更環保。

鈉電池和鋰電池供應鏈非常類似，很多地方可以通用，比起同樣是鋰電池家族的固態電池，更容易切換產能，接下來幾年隨著鈉電池量產，將很快展現出成本優勢。

隨著極端氣候事件頻傳、能源短缺，都正在迫使製造商找尋產品低碳、甚至零碳的轉型機會。鈉電池因為不需開採鋰礦，從而避免使用化學品對造成土地傷害，及消耗大量的水資源；鈉電池製造過程也不使用石墨作為負極材料，再次減少製備石墨時所需3000度的超高溫製程，大幅減少能耗，自然降低碳排放，比鋰電池更環保。

從鈉電池的故事，我們學到「人生是一場馬拉松，不是短跑」，十年河東、十年河西，只要健健康康的活著、永不放棄，等到時代變遷，就能抓住屬於自己的機遇。

綠學院作者－顏文群

顏文群
從小夢想要擁有一台大排氣量、開起來轟隆轟隆的車子。為了完成夢想，每天努力餵飽小豬。長大後，好不容易小豬也吃飽了，才赫然發現，搞什麼啊現在汽油車變成了電動車，開起來都沒聲音也沒排氣量！為了親手終結自己從小的夢想，善用自己在電池材料的專業，努力提升鋰電池效率，現擔任台灣碩禾電材總經理特助及綠學院綠色帶路人。

＊本文獲綠學院授權轉載，原文：低價搶市！胖子鈉電池對鋰電池的逆襲

責任編輯：陳瑋鴻
核稿編輯：倪旻勤