钜大LARGE | 点击量：843次 | 2021年09月24日
钠很有可能成为新一代电池主角
我国储能网讯：一项极具潜力的技术正在诞生，日本将从汽车大国迈向蓄能大国。2012年十月，在欧洲最大的汽车厂商德国大众公司总部的所在地沃尔夫斯堡，一位34岁的日本研究人员博得满堂喝彩。他就是东京理科大学讲师薮内直明，被选为大众与德国知名化学公司BASF为了推动能源存储技术的开发而设立的科学技术奖ScienceAwardElectrochemistry第1届获奖者。
东京理科大学试制的钠离子电池（左）与在德国领奖的薮内直明（右侧照片左侧）
薮内的研究对象是钠离子电池。将海水中含量丰富的钠用于电池内部的电极等。也就是将如今广泛应用于数字家电及电动汽车等领域的锂离子电池中的锂换成钠。大约2年前，电池学会对这项研究根本不予重视，而如今成了大有发展前途的技术，薮内称，今年在全球或将有约500篇相关论文发表，日本在该技术研究领域大大领先。全球多家大公司纷纷向薮内发出进行共同研究的邀请。
钠离子电池之所以受到关注，是因为其资源几乎取之不尽用之不竭，易于降低成本。如下表所示，虽然蓄电池技术各有优缺点，但锂离子电池由于适合实现小型轻量化、可稳定进行大容量充放电，因此目前居首位。不过，其面对的瓶颈是，锂的储量在地壳中仅占0.002％左右，是一种稀有金属。而且大多分布于政局不稳的南美等地，日本目前全部依赖进口。
材料成本为锂的20分之1
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
相反，四周环海的日本是钠的宝库。与薮内共同进行着研究的东京理科大学副教授驹场慎一说：从材料本身的成本来看，钠仅为锂的20分之1。即使新增其他材料，成本至少也能降到原先的一半以下。
20世纪90年代，索尼公司等日本公司在全球率先实现了锂离子电池的实用化，但眼下在韩国公司的攻势下在市场上失利，就连索尼也有可能出售电池业务。
不过，随着新兴市场国家经济的发展，全球或将面对能源短缺危机，可存储能源的电池用途不再仅仅限于数字家电等领域。蓄电池已在向有助于提高全社会能源效率、可用于汽车及风力发电等电力设备的大容量电池发展。因此，在成本及性能两方面进行改善的余地依然很大。锂离子电池领域也不安宁，日本公司有可能借助技术实力，再次凭借电池席卷全球。
在丰田汽车公司电池研究部从事钠离子电池开发的中西真二坚定地说：我们要开发的电池不仅是成本低，而且在性能方面也要达到与锂离子电池同等或在其之上的水平。
丰田在于2012年十月举办的学会上宣布，在电池内部电极上采用钴磷酸盐的钠化合物，可制造出电压超过标准锂离子电池的钠离子电池。从该化合物的结构来看，钠易于从多个方向进出，电极间的电力流通更为顺畅。虽然还面对大容量化等实现实用化的课题，但给人的印象是，钠很有可能成为新一代电池的主角。
电池的主角从家电转为汽车
丰田正加速推进包括钠电池在内的新一代电池研究。研究人员的目标是，推出充电一次可行驶500公里以上、性能可媲美汽油车的真正新一代汽车。中西认为：现在的锂离子电池无法在维持后备箱尺寸等目前汽车形状的条件下，实现500公里的行驶性能。
研究主题涉及到了电池本身的结构。例如，将用于电力在电极间流通的电解液改换为固体电解质的全固体电池。这种电池通过串联配置多个电极，提高电压，可获得更高的能量密度。
在电池领域获胜者将成为今后汽车行业的领军者。正因如此，像文章开篇提到的大众相同，全球汽车厂商都在努力拉拢相关研究人员，但电池的可能性并不仅限于此。由于使用电池，那么利用电动汽车就必须构筑社会能源基础设施，因此汽车厂商的商机应该会进一步扩大。
日产汽车公司在全球率先实现了纯电动汽车LEAF（聆风）的量产。该公司负责顶端研究的技术策划部部长佐藤学介绍道：LEAF配备的电池容量中，用于行驶的约为5成。最多可将剩余的5成电力用于行驶以外的其他用途。一般情况下，驾驶汽车的时间在1天中仅占1成左右。汽车停放期间将存储的电力供应给住宅的LEAFtohome机制在唤起纯电动汽车需求方面起了很大用途。
日产还将于近期开始进行实证实验，通过将风力发电等与LEAF的蓄电功能组合起来加以应用，提高整个社会的电力消费效率。将电力需求较少的夜间所发电力存储到停泊着的LEAF中，并在白天的用电需求高峰放电。佐藤称：汽车将成为电力基础设施的一部分。
LEAF的蓄电容量目前是普通住宅定置式蓄电池的几倍，再加上日本汽车制造产业的优势，因此成本竞争力较高。随着纯电动汽车的普及，还有望实现更大的量产效应，即便作为基础设施蓄电池，汽车厂商也占据优势。假如以2030年纯电动汽车保有量将达到500万辆这一行业预测为前提，纯电动汽车的供电能力可达到2500万千瓦。相当于日本国内最大电力消费的14％。
此外，丰田和川崎重工业公司还在推进不利用蓄电池，而是把风力发电等所发的电力转变成氢存储起来的技术开发。这将大大地推动以氢为动力源，作为新一代汽车与纯电动汽车同样大有前途的燃料动力锂电池车的普及。这些情况都表示，不仅是汽车，能源系统本身也有可能成为日本重要的出口产业。
日本政府于2012年作为《绿色经济发展战略》的核心，设定了到2020年占据全球蓄电池市场（20万亿日元）5成份额的目标。通过成为蓄能大国，日本能够从汽车立国发展到汽车和能源立国。（日经能源环境网供稿）
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