作为可充电电池中锂离子的替代品，钠离子正在引起全世界的关注。正如您从这个简单的氯化钠和水电池实验中看到的那样，钠离子是极好的电荷载体。
全球电池行业的领导者对钠离子电池下了很大的赌注，将其作为绿色工业能源的未来支柱。如果你查一下世界上 钠离子电池生产企业前10名，您会注意到他们还包括最大的锂离子电池制造商。
由于钠离子和锂离子电池的化学成分相似，制造商正在利用成熟的锂离子技术和生产设备来快速开发钠离子电池。中国的宁德时代新能源科技有限公司（CATL）就是一个很好的例子，该公司是 Top10 锂离子电池 中国制造商。 CATL已经推出了他们的 第一代钠离子电池，能量密度为160 Wh/kg.
由于钠离子电池比同等的锂离子电池体积更大，因此目前并不适合电动汽车。因此，制造商瞄准了储能市场，其中规模并不重要，但成本、性能和安全的供应链是关键考虑因素。科学家认为 钠离子电池是应对可再生能源存储挑战的答案.
未来，钠离子电池将变得更轻、更强大。这意味着这些电池将对电动汽车市场变得有吸引力。然而，您可能已经注意到，最近电动汽车市场并不强劲。在全球范围内，电动汽车市场由于成本高、充电基础设施缺乏以及在许多情况下财政激励措施的取消而陷入困境。更远， 在交通运输领域，锂离子电池可能会被氢燃料电池取代。由于锂离子仅限于较小的电子设备，钠离子技术可以长期发展。
什么是钠离子电池？
钠离子电池是一种可充电电池，使用钠离子在电池内传输电荷。在每个充电和放电周期期间，钠离子在阳极和阴极之间穿梭，携带内部电池电流。
钠离子电池如何工作？
你可以看到 钠离子电池的基本原理 如图1所示。电池的主要工作部件是：
- 阳极，是多孔的 电极 其表面含有大量可电离的钠原子；
- 阴极，也是多孔电极，具有足够的表面积来接收来自阳极的钠离子；
- 多孔隔膜可防止阳极和阴极之间的物理接触，但允许钠离子在阳极和阴极之间穿梭；
- 含有溶解钠盐的液体电解质。这 电解质 充当钠离子的储存库，一旦电极之间产生电压差，钠离子就会启动内部电流。
在图 1 中，黄色球代表带正电的钠离子，而红色球代表中性钠原子。当电子从其最外层电子壳中拉出时，每个中性钠原子都变成带正电的离子。
因此，一旦通过充电器或更大的电池施加外部电压，电子就会从附着在阳极上的钠原子中被拉出。这些电子流入外部电路，并到达阴极。阴极由于电子的积累而获得负电势。
同时，阳极处的钠原子各失去一个电子，变成正离子并离开阳极。由于电势差，它们穿过电解质，流向阴极。在阴极，正钠离子被从外部电路到达那里的电子中和。在充电周期的剩余部分中，产生的中性钠原子将自身停放在阴极上。
当连接外部负载并且电池放电时，驻留在阴极的钠离子开始反向旅程。钠离子通过电解质返回阳极，而来自阴极的电子通过外部负载到达阳极。一旦到达阳极，钠离子就会被来自外部电路的电子中和。在放电周期的剩余时间内，中性钠原子将自身停放在阳极。因此，此类充电电池中钠离子的整个寿命都花在阳极和阴极之间的穿梭中！
钠离子的最大流量密度取决于电解质的特性以及阳极和阴极结构。这些是电池设计中的重要参数，决定能量密度和电流。
应用领域
专家认为钠离子电池的理想应用是 可再生能源和工业领域的固定储能应用。 该 奈玛 欧盟的项目专注于为储能领域开发两种环保、安全的钠离子电池配置。
与此同时，全球首个钠离子电池在汽车领域的商业部署已在中国完成。 A 中国江淮汽车与德国大众汽车的合资企业 推出一款搭载25千瓦时钠离子电池的五座乘用车，续航里程为250公里。
钠离子电池也被考虑用于个人电子设备，例如笔记本电脑和手机。虽然比锂离子电池重，但它们更便宜、更安全，这两点都是消费者重要的考虑因素。
钠离子电池的另一个应用是备用电源系统，例如 Natron Energy 的 UPS .
钠离子电池如何改变游戏规则：
钠离子电池将为可充电电池市场带来许多好处。这些包括：
更高的安全性
与锂离子电池相比，钠离子电池不易着火。未来几代钠离子可能会使用固态电解质，而绝对不会出现这种危险。例如， 澳大利亚研究人员开发出不易燃固体聚合物电解质，与钠离子电池一起使用。还正在研究减轻钠离子电池热风险的其他各种策略，包括 材料选择以提高安全性.
更低的花费
钠离子电池每千瓦时的成本 不到锂离子电池的三分之一。因为原材料成本。
降低供应链风险
与仅在少数国家开采和提炼的锂不同，钠在世界各地都很容易获得。这大大降低了原材料供应链风险。
钠离子电池与锂离子电池
作为消费者，或者投资者，如果必须在两者之间做出选择，你会选择哪条路？作为消费者，您会关注眼前的利益和性能特征，而作为投资者，您会关注更大的长期问题。
让我们比较这两种类型的电池的几个关键参数，这些参数与消费者和投资者相关。
| 产品型号 | 锂离子电池 | 钠离子电池 |
| 技术和供应链的成熟度 | 技术成熟，有已建立的全球供应链。 | 第一代技术已商业化。供应链有限。 |
| 价格 | ~ $130 - $180/千瓦时 | ~ 40-55 美元/千瓦时 |
| 实现安全 | 由于电池材料因不受控制的热量产生而着火，导致热失控的风险很高 | 钠离子电池存在热失控风险，但未来可以通过电池材料的选择和设计来消除。 |
| 能量密度 | 150 -250 瓦时/公斤 | 100-160 瓦时/千克 |
| 电压 | 3.0~4.5伏 | 2.8~3.5伏 |
| 零费用存储 | 不推荐，会缩短电池寿命 | 允许的。不会影响电池寿命 |
| 供应链风险 | 高，因为锂供应和精炼集中在少数国家。 | 风险低，因为钠来源丰富且易于提炼。 |
钠离子电池——现在和未来
在全球关注能源脱碳的同时，钠离子电池的出现恰逢其时。第一代钠离子电池已经表现出优于锂离子电池的多项优势，特别是在成本和安全参数方面。
然而，目前对此类可充电电池的需求是由电动汽车和个人电子设备推动的，其中锂电池在市场上占据主导地位。由于功率密度较低且重量较重，钠离子电池将很难与第一代电池竞争。因此，大量的研究和开发工作都致力于提高钠离子电池的功率密度。事实上，突破可能即将到来，因为 CATL宣布下一代钠离子电池将实现200kWh/kg。以具有竞争力的成本提高能量密度，对于所有类型的电池来说将是一个永无休止的挑战。例如，CATL 通过开发基于锂的未来派产品，再次引领了这一步伐。 500kWh/kg凝聚态电池.
从中期来看，世界各国增加可再生能源投资将增加对储能系统的需求。钠离子电池制造商认为，一旦它起飞，这是最好的选择。
除了能量和功率密度之外，钠离子电池技术也在不断发展，以缩小与锂离子技术的差距。科学家们正在解决与材料降解相关的问题，开发更便宜、更好的阳极、阴极和电解质，提高安全性和回收能力。
钠离子电池的供应链也必须扩大，为此必须进行必要的投资。
总之，钠离子电池已成为锂离子电池的有力竞争对手。然而，需要多年的发展和商业成功才能说钠离子电池代表了能源的未来。
