水系鈉離子電池行業(yè)利潤(rùn) 2020水系鈉離子電池行業(yè)投資前景及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)分析

• 2020年7月7日 WuYaNan來(lái)源：中研網(wǎng) 351 16
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隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)普及應(yīng)用和智能電網(wǎng)建設(shè)，儲(chǔ)能技術(shù)成為能源優(yōu)化利用的核心技術(shù)之一。水系鈉離子電池具有資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，作為未來(lái)電網(wǎng)儲(chǔ)能的重要選擇而成為近年來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)前沿的研究熱點(diǎn)。

隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)普及應(yīng)用和智能電網(wǎng)建設(shè)，儲(chǔ)能技術(shù)成為能源優(yōu)化利用的核心技術(shù)之一。水系鈉離子電池具有資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，作為未來(lái)電網(wǎng)儲(chǔ)能的重要選擇而成為近年來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)前沿的研究熱點(diǎn)。由于受到水的熱力學(xué)電化學(xué)窗口限制及嵌鈉反應(yīng)的特殊性(例如溶液的pH值、氧的溶解等)，以及容量、電化學(xué)電位、適應(yīng)性及催化效應(yīng)等，電極材料選擇面臨挑戰(zhàn)，進(jìn)而影響水系鈉離子電池的應(yīng)用。因此，電極材料成為水系鈉離子電池的研究重點(diǎn)。本文簡(jiǎn)要概括了水系鈉離子電池的特點(diǎn)，并對(duì)氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)物等電極材料體系的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并概括了將來(lái)的發(fā)展方向，為推動(dòng)水系鈉離子電池的發(fā)展和能源優(yōu)化研究奠定了基礎(chǔ)。

鈉離子電池并非一種新型的化學(xué)電源體系，早在20世紀(jì)70-80年代，鈉離子電池的發(fā)展幾乎與鋰離子電池同時(shí)起步，隨著索尼公司實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的商業(yè)化，鈉離子電池的研究被逐漸忽視。這主要是由于鈉離子質(zhì)量較重且半徑(0.102 nm)比鋰離子(0.069 nm)大9，在充放電過(guò)程中，鈉離子在電極材料中脫嵌困難、緩慢，主體材料膨脹/收縮引起的形變更容易使電極材料發(fā)生較大的應(yīng)力變化，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生瓦解，導(dǎo)致材料的循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此，不能將鋰離子電池中成功應(yīng)用的材料簡(jiǎn)單地移植到鈉離子電池體系，開(kāi)發(fā)能夠高效、穩(wěn)定儲(chǔ)鈉的電極材料成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。而對(duì)于大多數(shù)固定式儲(chǔ)能場(chǎng)合，基于成本和安全性，人們將鈉離子電池的研究拓展到水溶液電解質(zhì)體系。

圖表：水系鈉離子電池反應(yīng)原理示意圖

資料來(lái)源：公開(kāi)資料整理

水溶液電解質(zhì)體系具有以下特點(diǎn)：

(1)水溶液電解液代替有機(jī)電解液，解決了易燃等安全性問(wèn)題;

(2)生產(chǎn)條件相對(duì)寬松，電解液溶劑和鹽價(jià)格相對(duì)便宜;

(3)鈉離子水合離子半徑(0.358 nm)比鋰離子較小(0.382 nm)，移動(dòng)速率更快;

(4)水溶液離子電導(dǎo)率比有機(jī)電解液高2個(gè)數(shù)量級(jí)，即使大尺寸的電極也能實(shí)現(xiàn)較高效率和能量密度。因此水系鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)電池之一。

水系鈉離子電池市場(chǎng)潛力如何?

水系鈉離子電池采用水系電解液，在本征上解決了有機(jī)電解液電池存在的安全隱患問(wèn)題。并且水系電解液價(jià)格低廉，水系電池組裝過(guò)程對(duì)濕度要求低生產(chǎn)工藝更加簡(jiǎn)便，鈉元素含量豐富分布廣泛。以上優(yōu)點(diǎn)使得水系鈉離子電池在大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用中具有價(jià)格低和易于回收再利用的優(yōu)勢(shì)。

但是水系電解液電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄(熱力學(xué)穩(wěn)定窗口1.23 V，動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定窗口一般也低于1.8 V)，使得水系鈉離子電池可使用電極材料非常有限，電池輸出電壓低，庫(kù)倫效率低，循環(huán)壽命短。對(duì)此，研究者們做了諸多努力也取得了許多進(jìn)展，王春生教授采用超高濃度鹽溶液能夠有效拓寬水系電池電化學(xué)窗口至3.0 V。但是超高濃度電解液的使用可能會(huì)帶來(lái)成本提高以及電池倍率性能降低的問(wèn)題。因此，如果能夠很好解決上述問(wèn)題，或者更好的平衡產(chǎn)品成本與價(jià)格，那么水系鈉離子電池行業(yè)的發(fā)展空間將有望進(jìn)一步打開(kāi)。

2020水系鈉離子電池行業(yè)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景趨勢(shì)分析

近年來(lái)，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來(lái)越受到關(guān)注。但是，地球上的鋰資源實(shí)際上是難以支撐大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用需求的。于是，與鋰的化學(xué)性能類似的鈉被認(rèn)為能夠替代鋰適用于水系離子電池體系。鈉是地球上儲(chǔ)量最豐富的資源之一，可以說(shuō)是用之不竭。價(jià)格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的適合大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點(diǎn)。實(shí)際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時(shí)起步，早在20世紀(jì)80年代，人們就開(kāi)展了有機(jī)系鈉離子電池正負(fù)極材料的研究。但是與有機(jī)系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機(jī)系鋰離子電池中的正負(fù)極材料體系不能簡(jiǎn)單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負(fù)極間離子嵌入/脫出反應(yīng)的“搖椅式”機(jī)理作為充放電反應(yīng)機(jī)理，可是因?yàn)殁c的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。而且，負(fù)極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過(guò)程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。直到近年，在容量利用率和循環(huán)壽命方面基本滿足要求的有機(jī)系鈉離子電池用負(fù)極材料才被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

雖然水系鈉離子電池技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，但它仍然為大規(guī)模儲(chǔ)能提供了一種安全、廉價(jià)、清潔和耐久的新體系。現(xiàn)在，越來(lái)越多的新材料，新構(gòu)思和新技術(shù)被應(yīng)用到水系鈉離子電池體系的開(kāi)發(fā)中，其綜合性能也在不斷提升。相信隨著研究與開(kāi)發(fā)的不斷深入，在不久的將來(lái)一定能夠?qū)崿F(xiàn)其在儲(chǔ)能上的大規(guī)模應(yīng)用，從而推動(dòng)以智能電網(wǎng)和可再生能源并網(wǎng)為代表的清潔能源的應(yīng)用。

據(jù)中研普華研究報(bào)告《2020-2025年中國(guó)水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展前景分析與投資預(yù)測(cè)報(bào)告》分析

2020中國(guó)水系鈉離子電池行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀分析

第三節(jié) 水系鈉離子電池行業(yè)經(jīng)營(yíng)效益分析

一、水系鈉離子電池行業(yè)成本結(jié)構(gòu)分析

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