隨著全球能源危機的加劇和環境問題的日益凸顯，新能源技術如璀璨繁星般在科技的天空中熠熠生輝。在眾多新能源技術中，鈉電技術以其獨特的魅力和無限的可能性，正逐漸嶄露頭角，成為新能源領域中一顆耀眼的新星。
定義及分類
鈉離子電池是一種新型二次電池。鈉離子電池的主要構成包括正極、負極、隔膜、電解質和集流體，以及密封材料、電池殼和一些安全保護的附屬部件。由于鈉與鋰處于同一主族，具有相似的化學性質，因而鈉離子電池的運作原理與鋰離子電池也相類似，主要通過利用Na+在正負極材料之間的可逆脫嵌實現充放電。充電時Na+在電勢差的驅動下從正極材料的晶體結構中脫出經過電解質而進入負極材料，同時電子也經外電路流入負極與經過電解質過來的Na+結合發生氧化還原反應；放電時則相反。
鈉離子電池充放電過程示意圖
鈉離子電池可分為鈉硫電池、鈉鹽電池、鈉空氣電池、有機鈉離子電池、水系鈉離子電池等。
鈉硫電池：負極為熔融液態金屬鈉，正極為單質硫，以固態β-Al2O3陶瓷作電解質兼隔膜，鈉硫電池的比能量較高，是鉛酸電池的3~4倍。
鈉鹽電池：負極為液態鈉，正極為金屬氯化材料，電解質為Na+導體β-Al2O3陶瓷和NaAlCl4熔融鹽復合電解質。
鈉空氣電池：正極通常采用多孔碳材料或多孔金屬材料，由于材料中孔洞的存在不僅為氧氣的傳輸提供通路，同時也為電極反應提供場所。
有機系鈉離子電池：負極由硬碳或者可嵌鈉材料組成。在放電過程中，負極被氧化的同時鈉離子被釋放到電解液中，與此同時鈉離子嵌入到正極材料中正極被還原。
水系鈉離子電池：與有機系電解質電池相比，電解質不同，因而水系比有機系電解質有更快的離子遷移速率，更便宜，更安全。唯一的缺點是水的工作電壓窗口較窄。
性能特點
鈉電技術的優勢不僅僅在于其低廉的成本，更在于其豐富的資源儲備。鈉離子電池可用于電網儲能和低端電動車的供電。此外，鈉電池還以其高溫性能優異、安全性高等特點，成為了在一些特殊應用場景中的理想選擇。例如，在高溫、高濕度的環境下，鈉電池能夠保持穩定的性能，為設備提供持續的能量支持。這使得鈉電技術在能源領域具有廣闊的應用前景，有望引領一場能源技術的革命性變革。
發展歷程
在20世紀70年代末，鈉離子電池與鋰離子電池幾乎同時展開研究，但是受當時研究廣泛的石墨負極材料儲鈉能力的限制，鈉離子電池的研究一度處于緩慢和停滯狀態。直到 2000 年加拿大的 Dahn 等發現高容量的硬碳可作為儲鈉負極材料，鈉離子電池才重回研究者的視線，但當時產業界的關注重點仍集中于鋰離子電池。
2010年以來，由于鋰資源供給的稀缺態勢日益凸顯，鈉離子電池受到了國內外學術界和產業界的廣泛關注，其相關研究更是迎來了爆發式增長。目前，鈉離子電池已逐步開始了從實驗室走向實用化應用的階段，國內外已有多家企業，包括英國FARADION公司，美國Natron Energy公司，法國Tiamat，日本岸田化學、豐田、松下、三菱化學， 以及我國的中科海鈉、寧德時代、鈉創新能源等公司，正在進行鈉離子電池產業化的相關布局，并取得了重要進展。
2018年6月，國內首家鈉離子電池企業中科海鈉推出了全球首輛鈉離子電池(72V，80Ah)驅動的低速電動車，并于2019年3月發布了世界首座 30kW/100kWh鈉離子電池儲能電站，2021年6月推出1MWh的鈉離子電池儲能系統。國內在鈉離子電池產品研發制造、標準制定以及市場推廣應用等方面的工作正在全面展開，鈉離子電池即將進入商業化應用階段，相關工作已經走在世界前列。
產業化現狀
2010 年以來，鈉離子電池受到了國內外學術界和產業界的廣泛關注，其相關研究迎來了爆發式增長。目前，國內外已有多家企業正在進行鈉離子電池產業化的相關布局，并取得了重要進展。
全球鈉離子電池市場分為北美、歐洲、亞太、拉丁美洲和中東非洲等區域。北美地區由于未來幾年太陽能和風能的計劃裝機增長，并且電動汽車銷量增加，因此預計鈉離子電池市場將迎來有利機遇。
歐洲地區正致力于轉向可再生能源，并鼓勵地方政府采用電動車技術。該地區電動車銷量的進一步增加，以及可再生能源行業的增長預計將推動鈉離子電池市場的增長。
拉丁美洲地區的一些國家（如委內瑞拉、加勒比群島、智利和哥倫比亞等）存在電力配網不足的問題。為了滿足該地區不斷增長的電力需求，上述各國以及巴西和烏拉圭等國政府將增加太陽能產能。該地區太陽能產能的增加預計將促進鈉離子電池市場的增長。
中東和非洲地區電力系統建設不夠完善，反而迎來了可再生能源產能的顯著增長。該地區可再生能源容量的增加預計將推動未來鈉離子電池市場的需求增長。
亞太地區擁有非常健全而快速增長的可再生能源行業，尤其是中國、日本和印度產能的增加是亞太地區可再生能源行業增長的主要驅動因素之一。可再生能源行業的增長預計會加速亞太地區鈉離子電池的銷售增長。
同時，各國政府也在積極推動新能源技術的發展，為鈉電技術的推廣和應用提供了有力的政策支持。
隨著科技的不斷進步和鈉電池制造成本的逐步降低，鈉電市場有望在未來幾年內實現爆發式增長。據預測，到2025年，鈉離子電池市場規模將突破100億元，2027年將突破500億元。鈉離子電池將成為新能源領域中的一股強大力量。
產業鏈結構
鈉離子電池產業鏈包括鈉資源開采、電極材料生產、電池制造等多個環節，涉及多個領域的技術與產業鏈協同發展。
行業發展空間
隨著新能源汽車電池需求量激增和雙碳背景下的儲能板塊對電池需求的疊加，市場對鈉離子電池的研發投入勢必呈增長趨勢。
1.政策利好行業發展
鈉離子電池是實現碳達峰、碳中和目標的關鍵支撐之一。在政策上，國家發改委、能源局的規劃文件中多次提及鈉離子電池，提出盡快推動鈉離子電池市場化應用。2022年6月，國家發展改革委、國家能源局等九部門聯合印發《“十四五”可再生能源發展規劃》，提出研發儲備鈉離子電池技術。2022年7月，工信部正式下達首批鈉離子電池行業標準計劃。政策的大力支持為鈉離子電池行業發展指明了方向。
2.資源優勢推動行業量產
近年來，電化學儲能、電動汽車高速發展，但其關鍵原材料鋰資源嚴重依賴于進口。在資源儲量方面，鈉資源的地殼豐度是鋰資源的423倍，并且在全球均勻分布。鈉離子電池相比鋰離子電池有非常大的資源優勢，資本爭相入局鈉離子電池，多家企業更是宣布電池及正負極、電解液材料量產在即。
3.成本降低促進行業規模化應用
鈉離子電池具有明顯成本優勢，材料總成本比鋰電池低30%~40%，但是鈉離子電池技術尚不成熟。未來，引導鈉離子電池產業健康有序發展應在核心技術研發、低成本制備、規模化產業應用等方面持續發力，進一步降低鈉離子電池成本、提高鈉離子電池性能，推動其在智能電網、工業儲能和中高端電動汽車等領域的商業化和規模化應用。
當然，鈉電技術的發展也面臨著一些挑戰。其中最主要的問題之一就是鈉電池的能量密度相對較低，續航里程有限。這也是鈉電池相較于鋰電池的主要短板之一。為了解決這個問題，科學家們正在努力研發新型的鈉電池材料和技術，以提高其能量密度和續航里程。同時，鈉電池在市場推廣和應用方面也需要克服一些難題，如消費者認知度不高、充電設施不完善等。這些問題都需要通過不斷的努力和創新來解決。
然而，盡管面臨這些挑戰，鈉電技術的發展前景依然是樂觀的。隨著科技的不斷進步和市場的逐步成熟，鈉電池有望在未來成為主流能源之一，為人類社會的可持續發展做出重要貢獻。與此同時，鈉電技術的發展也將為相關產業鏈帶來巨大的商業機遇。從材料制造到設備制造、從電池生產到應用推廣，鈉電技術將帶動一系列產業的快速發展，為全球經濟注入新的活力。
鈉電技術的興起和發展是新能源領域的一大重要趨勢。我們期待著鈉電技術的未來發展，相信它將為人類社會的可持續發展做出重要貢獻。
