2023年11月8日 - 信報
鹽，這個平常大家在廚房常見的調味料，居然可以變成電池？聽起來真是匪夷所思。然而，出於對能源安全問題關注，一些國家開始研究如何利用鹽中的鈉來製造電池。眾所周知，目前鋰電池是新能源行業主流電池類型，但是，鋰礦資源分布較為集中，智利和澳洲兩國的儲量就佔了世界的66%。部分國家擔心依賴進口鋰礦石會對能源安全構成威脅，因此致力找尋替代能源材料。
目前主流鋰電池可分兩大類別，一種是三元鋰電池，擁有較高的能量密度和最佳的性能，但其電極材料需要使用到鈷和鎳等元素，而2022年全球鈷產量有73%位於剛果民主共和國，鈷開採存在使用童工和惡劣勞動環境等問題；鎳供應也出現短缺情況，其開採會帶來森林砍伐、污染水源等一系列環境問題。另一種是磷酸鐵鋰電池，這種電池不需要鈷和鎳等資源，但其能量密度較低。
正是在這種情況下，鈉離子電池成為備受關注的替代方案。鈉電池的工作原理與鋰電池相同，都是通過金屬正離子在正負極的遷移實現充放電，但鈉電池有其獨特優勢。首先，鈉元素較易取得，主要集中在海水中，提煉成本較低。其次，相較於三元鋰電池正極所需的鈷和鎳，鈉電池可用鐵和錳作為正極材料，而這兩種材料供應相對充足，不存在上述提及的問題，對環境造成的破壞亦較低。最後，鈉電池與鋰電池相比，還存在高循環壽命、更耐低溫、高安全性的優點。
當然，鈉電池也有其限制。鈉原子比鋰原子更大、更重，意味着鈉電池體積和重量都大於鋰電池，但在適當的應用情況下，它仍然可以是一種有吸引力的選擇。例如，在家庭或電網儲能系統中，空間和重量通常不是主要的限制因素。在這些應用中，使用鈉電池可以提供更長的循環壽命和穩定性，使得家庭和電網能夠更長時間地保持穩定供電。此外，重型交通工具如貨車和船，體積和重量限制不像小型車如此嚴格，也可以受益於鈉電池的使用。
鈉電池分多種技術路線，區別主要在於正極材料。目前有層狀氧化物（layered oxide）、普魯士藍/白（Prussian blue/white）、聚陰離子化合物（polyanionic compounds）三種路線。目前層狀氧化物是最主流路線，其比容量（單位質量或體積的電池或活性物質所能放出的電量）較高，但循環壽命和穩定性一般，因製備方法與三元鋰正極相近，因此產業化進度較快。寧德時代選擇了層狀氧化物路線，能量密度相對高，更適合乘用車。普魯士藍/白的比容量高，價格低廉，但結晶水的存在會降低材料實際比容量和循環壽命，同時原材料中含有劇毒的氰化鈉，碰撞後易產生有毒物質，所以普魯士藍/白路線已被大部分內地電池廠商放棄。聚陰離子化合物具有穩定性好、循環壽命長的優點，更適合儲能，但存在比容量較低的問題。有些能源公司已運用該路線，優先投入儲能市場。
有望替代鋰電池
展望未來，鈉離子電池的市場空間廣闊，存在眾多投資機會。目前中國及海外布局鈉離子電池產業化的公司如雨後春筍。同時，各國十分重視鈉離子電池的發展，歐盟「電池2030」項目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位，中國國家能源局在《「十四五」能源領域科技創新規劃》中也提出將致力於鈉離子電池的研究。若鈉電池成功替代鋰電池，成為新的動力電池原材料，那麼投資者或許要思考下一場新能源變革浪潮的投資了。投資者可循鈉電池的產業鏈結構，從上游的正負極和電解液原材料、中游的電芯，以及下游的儲能和新能源汽車行業尋找投資標的。
不過，筆者認為，鈉電池未必會在乘用車市場上輕易取代鋰電池，因為鋰電池的高能量密度優勢更能緩解新能源汽車的「里程焦慮」，而鈉電池會使整輛車的重量明顯增加，與乘用車的輕量化趨勢相悖。但另一方面，鈉電池有望在儲能市場迎來爆發，鈉電池的低成本、高循環壽命、更耐低溫、高安全性的特點，適合儲能廠商的核心訴求。或許在不久的未來，鹽就能夠搖身一變，由平凡的調味料蛻變為上天入地的能源了。
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