鈉離子電池將取代鋰離子電池?

本月稍早也就是在五月二十三日的時候,特斯拉與中國蔚來汽車的鋰離子電池(LIB)供應商,也就是中國的寧德時代(CATL),宣稱將於兩個月後推出鈉離子電池(Sodium (Na)-Ion Battery,NIB)。一般宣稱幾年後量產的新電池材料技術新聞通常看看就好了,讀者自己要判斷一下(譬如種種固態電池一年後測試或三到四年後量產之類的新聞)。但是敢宣稱兩個月內開始生產,這樣宣稱的可靠性個人覺得算是高的。但不管如何,任何新的技術出來且在大量普及之前,價格都會居高不下一陣子,所以可想而知,如過確實會達量產,通常也只會應用在高價位的電動車種上。

那麼再來看看甚麼是鈉離子電池?學過國中化學的都知道鈉就是我們日常食鹽中的成分,你去超市買鹽是不是很便宜?想像佔據地球表面70%左右的海水,其中就是充滿著這樣的成分,以整體地球礦藏而言,鈉的藏量是鋰的1000倍而且它的開採與純化不但容易也不會像是開採鋰礦造成的高汙染。鈉離子電池的負極材料仍與鋰離子電池相同使用碳,但是正極材料則可選用許多非稀有金屬氧化物,像是鈉鐵或鈉錳氧化物等,相對的,鋰離子電池的正極則會需要用到像是鈷的稀有金屬(譬如NCA/NCM三元鋰或是鈷酸鋰等所謂的早期鋰離子電池)。

鈉離子電池會取代鋰離子電池嗎?如果能夠量產成功,它取代鋰離子電池的機會相當的大。但成功的定義包含功率密度、能量密度、與穩定性三者的同時提升才算是突破,然而往往在研發過程中會面對增加其一就會降低另外兩個的困境。根據現階段業界資料顯示,鈉離子電池雖然有高穩定性的特性,但是其能量密度僅120Wh/kg,也就是大約目前最高的鋰離子電池350Wh/kg的三分之一,但是CATL並未公布他們的數據,如果無法與鋰離子目前的能力相比,短時間內可能仍只適用於安全考量高或非移動式的應用。值得期待的是,相較於鋰離子電池穩定性的顧慮(譬如造成自燃的熱崩解 Thermal Runaway),鈉離子電池天生具有無熱崩解顧慮的穩定特性,加上其可預期的能量密度的提昇與價格的降低,因為鈉本身的低成本加上鋰離子電池的演進歷史來看,它的歷程不會太長且往往也是可以預期的。

雖然相較於蓄電池技術, 儘管氫燃料電池需要額外的能源轉換過程,筆者個人仍然更喜歡氫燃料電池,因為環保並非單在於能源效率,否則效率如此高的核能就沒有什麼好爭論的。當然如果鈉離子電池能成功,仍然是令人相當興奮的。喜歡氫燃料電池的原因很簡單,儘管如之前所說的額外的能源轉換過程,但是離峰的綠能P2G產氫(所謂的綠氫,另外有藍綠氫、藍氫、與灰氫,依序因生產方式的環保性降低而價格也往下降低)反而可以視為儲能媒介,且燃料電池不但有氫的輕量化優勢、又有增加里程無需增加太多的重量就像汽油一樣(1公斤的氫氣即可有高達100公里的里程)、又可以淨化空氣,然而另一方面,只要想像無時無刻無論充滿電或是沒有電時,背上都背著一顆沉重的蓄電池(80kWh約500公斤)在路上跑的電動車,而且要增加里程就得增加重量(附註:蓄電池里程會有一個極限值,也就是再增加電池數量也無法增加里程),您覺得它會是一個好的選項嗎?

全球鋰礦主要集中在南美洲鋰礦金三角(阿根廷、智利、玻利維亞)與西澳洲的Greenbushes 區,儘管中資企業在這些地區都已佈局擁有51%以上的開採權,但是在電動車可預見的飛速成長的未來,這些礦區的開採能力也將不足以應付陡增的鋰電池需求,所以很明顯的這是中國已預見未來的窘境而避開過度仰賴進口鋰原料很超前佈署(這詞兒最近在新冠疫情中很是火紅,老哥我也拿來用用)的高科技策略。

看來中美高科技競賽,中國似乎已經數度彎道超車,尤其這一波的電動車,更是讓美國拜登總統驚覺並展開大動作,砸下150億美元在未來十年將全美充電樁從目前的4萬座擴充到50萬座,否則當中國目前正全力將現在半導體製造技術這最後一隻弱腳在十年內扶正後,變成世界第一科技超強時,美國就不能隨心所欲的印美鈔了。你不能不驚嘆,近代史的中國,撇開兩岸問題,被外國勢力壓著頭侵略霸佔的歷史正在重現著風水輪流轉也或許物極必反這句話背後的哲理。一個二十世紀不夠?那麼也許一個半吧。

發表者:李麥克

興趣廣泛,希望一天是48小時。自幼喜歡拆解家電零件安裝到其他可用的電器上面,興趣廣泛永遠有學習新知的渴望。一輩子都充滿對英文閱讀與各種工程科學 (STEM) 學習的渴望。 小時候閉起眼睛模擬雙手正在控制方向盤並加油或踩離合器換檔的快感成了我的免費虛擬電玩,年輕時迷上電視影集霹靂遊俠後 (仍熟悉的"老哥"稱呼?),更開始對汽車產生了各種幻想。有幸此生見證了電動車的崛起與可預見的自駕車的未來並親歷其中,即使是在人生的下半場。在讀了來自克羅埃西亞電動超跑Rimac C_Two的故事,後產生了取個李麥克筆名的靈感,既有自己的姓又與Rimac諧音同時又可將自己投射到霹靂遊俠中的主角。 自2012年特斯拉推出Model S後即開始累積電動車方面的學養。更於2018年在浸淫軟體工程領域二十餘年與後期的3D感測與自駕車應用新創公司數年後,因著對電動車的狂熱開始對特斯拉(Tesla)是如何成功的好奇而"誤入歧途"一頭栽進對電動車的研究。於是在同年前往英國攻讀英國第一屆電動車工程碩士學程並於次年取得人生繼台灣與美國碩士學位後的第三個電動車工程碩士(MSc with distinction in Electrical Automotive Engineering)。目前開設電動車相關技術與各類電腦資訊教學課程(程式設計等),電動車專長領域為動力系統(Electric Drive)。 嗜好:英語閱讀、電動車、程式設計、顧問、教學、網球、小號、爵士鼓、吉他

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