商周

啟動成功關鍵,隨時掌握商周.com最新資訊

提供第一手新聞解析、財經趨勢、專屬活動

已加入收藏
已取消收藏
帳號頭像 帳號選單下拉箭頭
/
熱搜內容
現正閱讀
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?
畫重點
段落筆記
新增筆記
「請稍等」英文別直接中翻英說please wait a minute!一次掌握,常用的電話對談英文
0
/500
不公開分類 公開分類
儲存
至頂箭頭
特別企劃
ESG

減碳ESG | 綠色能源

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?

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?
鈉電池性能曾無法與鋰電池競爭,但因鋰礦存量有限,改進後的鈉電池將成為未來主流類型。 (來源:Dreamstime)
撰文者:顏文群
綠學院 2022.09.29
摘要

1.當今充電電池材料主要來自「鋰」,因為鋰電池擁有壽命高、充電快、穩定、好量產的特性。

2.由鋰電池製程中會產生大量碳排又耗水,地球也沒有那麼多鋰礦,因此製造商正積極尋求其他可替代鋰的材料。

3.納電池在1970年時曾被研發投入電池使用,但因電量、壽命及充電速度不及鋰電池而被棄用。但隨著技術進步,新一代的納電池將是未來電池的主流。

(筆者言)2019年我寫了一系列電動車及電池技術專欄文章,其中一篇登上綠學院當年度專欄文章排行榜第二名,來自綠學院引薦的演講邀約不斷,但我一個也沒有參加,因為我趕上電池產業的爆發期,人忙到啤酒肚都跑出來了。

這段期間,我仍持續閱讀綠學院其他綠色帶路人的電池技術文章,前一陣子聽說固態電池系列文章竟然超過40萬人瀏覽,超越我當年創的紀錄,原來關心電池技術的同好這麼多,看來介紹更多電池外卡選手的時候到了。

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? 

廣告-請繼續往下閱讀

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:

廣告-請繼續往下閱讀

鈉電池與鋰電池比較表。
鈉電池與鋰電池比較表。 (圖表製作者:顏文群)

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

下滑箭頭 下滑載入更多報導 下滑箭頭
低碳 電池 碳排 納電池 鋰電池
綠學院
綠學院
綠學院
展開箭頭

綠學院扮演綠色產業的連結者,透過提供綠色知識/社群/加速器服務,解決綠色企業成長所面對的工具及資源挑戰,期許在一個世代之內讓綠色產業成為主流。

廣告
留言討論