電動(dòng)車使用的鋰電池價(jià)格昂貴，這是造成電動(dòng)車難以普及的原因之一。如今電池技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)突破！未來的電動(dòng)車或許能采用價(jià)格低廉且節(jié)省資源的鈉離子電池取代鋰電池。

電動(dòng)汽車-尤其是使用可再生能源發(fā)電的電動(dòng)車-被視為是有助全球氣候保護(hù)的未來模式。但多年來車商在電池技術(shù)中采用的是稀有且相對昂貴的鋰，拖慢了全球大規(guī)模普及電動(dòng)車的步伐。

雖然電動(dòng)車、商用車或電動(dòng)自行車正如火如荼發(fā)展，但投入使用的范圍有限。高昂的價(jià)格、繁瑣的充電設(shè)施以及需要消耗大量原材料的電池生產(chǎn)過程，阻礙了電動(dòng)車的快速發(fā)展。想要讓電動(dòng)車被廣泛使用，車商必須推出更強(qiáng)力持久、更具可持續(xù)性以及價(jià)格低廉的電池。

鈉取代鋰

鈉離子電池或許是一個(gè)可行方案，近期鈉離子電池的研發(fā)也出現(xiàn)驚人進(jìn)展。在可預(yù)見的未來中，鈉離子電池將能取代鋰電池被用于電動(dòng)車、智能手機(jī)或筆記型電腦中。

稀有而且相對昂貴的鋰重量較輕，擁有比鈉更高的能量密度

鋰和鈉這兩種堿金屬擁有非常相似的化學(xué)特性。雖然與較為稀有的鋰相比，鈉的能量密度較低，但鈉的取得更為容易，價(jià)格也會(huì)相對低廉。

有望取得突破

目前鈉離子電池的性能仍比鋰電池落后約20年。原因是研究人員在過去十多年間只專注于開發(fā)性能更強(qiáng)的鋰。

但如今不僅出現(xiàn)了具有開創(chuàng)性的科學(xué)出版物，而且也有非常多極具前瞻性的原型：根據(jù)一份五月份發(fā)表的報(bào)告，一顆由韓國研發(fā)的鈉離子電池在經(jīng)過約500次完整充電循環(huán)后，其電池容量才下降至原先的80%。由一個(gè)美中研究小組開發(fā)的另一種電池，在相同的電池容量下約能完成450次充電。而一個(gè)中國制作的鈉離子電池雖然容量較小，但在經(jīng)過1200次12分鐘快充后，還有70%的電池容量。

聽上去或許不多，但實(shí)際使用時(shí)這些電池或許能承受更高的充電次數(shù)，因?yàn)槿粘Ｉ钪幸话悴粫?huì)將電池耗盡后才充電。在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行完全放電和充電，對電池的損耗更大。

金屬元素鋰較為稀有及昂貴，但目前的電池技術(shù)多數(shù)使用鋰電池。圖為2019年鋰資源儲(chǔ)備排名最靠前的幾個(gè)國家

此外，鈉離子技術(shù)不需使用緊缺資源：制作陰極無需稀有的鋰鹽，只要食用鹽便足夠。高性能的陽極可以使用褐煤、木材和其他生物質(zhì)制成。在生產(chǎn)過程中也不需要鈷或類似的稀有物質(zhì)。

突破性的基礎(chǔ)研究？

鈉具有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：其重量比鋰高三倍，所以盡管鋰電池的鋰含量占電池總重不到5%，一個(gè)鈉離子的電池仍會(huì)比鋰電池更重。

此外，鈉電池的性能較弱。由于鈉離子的載電量比鋰電池少0.3伏，無可避免地會(huì)損失約10%的能量密度。最重要的是，目前電池的石墨陽極無法讓足夠的鈉駐留。

根據(jù)德國德累斯頓的亥姆霍茲科研中心（HZDR）領(lǐng)導(dǎo)的德俄工作小組所發(fā)表的報(bào)告，納米碳有助于改善此問題。報(bào)告指出，采用超薄碳材料雙層石墨烯，可以在陽極中儲(chǔ)存比石墨更多的鈉離子。

如果未來能置換現(xiàn)今常用的石墨陽極，將石墨烯電極裝設(shè)在鋰電池中，或有望能顯著提升電池容量。

HZDR的物理學(xué)家克拉申寧科夫表示："這就如同將小球放在兩張紙之間。不斷在紙張間添加小球，紙張會(huì)被越推越開，兩張紙之間的縫隙會(huì)隨之增加。"

相通的技術(shù)？

若多層結(jié)構(gòu)的鋰電池可行，是否也適用于其他堿金屬如鈉？一組來自德勒斯頓、斯圖加特和莫斯科的工作小組希望利用復(fù)雜的超級(jí)電腦模擬找出答案。因?yàn)槠竦拟c離子電池原型的運(yùn)作并不順暢，原因是鈉只能勉強(qiáng)進(jìn)入石墨陽極。

電腦計(jì)算結(jié)果顯示，鈉就如同鋰一般，可以以多層結(jié)構(gòu)被嵌入石墨烯層之間。

在兩個(gè)石墨烯層之間或可植入多層的鈉

若將來以石墨烯電極替代如今的石墨陽極安裝在鈉離子電池中，或許能實(shí)現(xiàn)更高的儲(chǔ)存容量。

上述研究結(jié)果或許能為開發(fā)價(jià)格低廉的鈉電池提供突破口。克拉申寧科夫表示："我們的工作是純理論性的，我們不主張根據(jù)這個(gè)研究結(jié)果在可預(yù)見的未來中開發(fā)新一代的電池。但或許我們的研究能給工程師提供有趣的新思路。"

未來電池

令人欣喜的是，鈉離子電池已不再只是一個(gè)理論概念。相關(guān)技術(shù)的突破似乎已近在眼前。

最新的研究結(jié)果表明，目前已經(jīng)有切實(shí)可行、價(jià)格合理而且節(jié)省資源的替代品可以取代昂貴的鋰電池，甚至可能通過多層結(jié)構(gòu)提高其性能。

距離鈉離子電池技術(shù)的完備、進(jìn)行量產(chǎn)并用于電動(dòng)車或手機(jī)上，肯定還需要一段時(shí)間。但一旦時(shí)機(jī)成熟，由于技術(shù)相對類似，將生產(chǎn)線從鋰電池轉(zhuǎn)為鈉離子電池基本上應(yīng)該沒有太大問題。