钠离子电池含有钠——一种在食盐中很常见的物质——而不是锂。信贷:查尔默斯
随着社会逐渐远离化石燃料，对电池的需求正在激增。与此同时，这种激增可能会导致锂和钴的短缺，而锂和钴是主流电池类型的基本元素。另一种解决办法可能是钠离子电池，这种电池主要利用来自林业部门的食盐和生物质作为原材料。
现在，来自瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员表明，这些钠离子电池对气候的影响与锂离子电池相当，而且没有原材料耗尽的风险。
查尔姆斯大学环境系统分析副教授里卡德·阿维德森说:“为了能够转向可再生能源和无化石燃料的车队，我们在未来的电池中使用的材料将是重要的。”
根据欧盟委员会的《关键原材料法案》，随着欧盟国家向可再生能源系统和电动汽车过渡，对关键原材料电池的需求预计将呈指数级增长。绿色转型还需要更多的电池和其他新的非化石技术的本地生产，并且需要稳定的原材料供应来满足需求。与此同时，由于原材料来源有限，这种生产存在供应中断的高风险。
“锂离子电池正在成为世界上的主导技术，它们比化石燃料技术更有利于气候，尤其是在运输方面。但锂是一个瓶颈。你不可能以生产电动汽车的速度生产锂电池，而且从长远来看，锂电池的储量有耗尽的风险。”除此之外，锂和钴等关键电池材料主要在世界上少数几个地方开采，这对供应构成了威胁。
钠离子电池提供了很有前途的技术
新电池技术的发展正在快速发展，以寻求下一代可持续能源存储——这种能源存储最好具有长寿命，高能量密度，并且易于生产。查尔默斯大学的研究小组选择研究钠离子电池，它含有钠——一种在普通氯化钠中发现的非常常见的物质——而不是锂。在一项新的研究中，他们对电池进行了所谓的生命周期评估，在那里他们检查了原材料提取和制造过程中对环境和资源的总体影响。
里卡德·阿维德森，瑞典查尔姆斯理工大学技术经济与管理系副教授。信贷:查尔默斯
“我们得出的结论是，钠离子电池在对矿产资源稀缺的影响方面比锂离子电池要好得多，在对气候的影响方面也相当。根据你所看到的场景，它们最终的理论电力存储容量在每千瓦时60到100公斤二氧化碳当量之间，这比之前报道的这种钠离子电池要低。这显然是一项很有前途的技术，”里卡德·阿维特森说。
研究人员还确定了一些有可能进一步减少气候影响的措施，例如开发一种更环保的电解质，因为它占电池总影响的很大一部分。
绿色能源需要能量储存
今天的钠离子电池已经有望用于电网的固定能量存储，随着不断的发展，它们将来也可能用于电动汽车。“能源储存是扩大风能和太阳能发电的先决条件。考虑到储能主要由电池完成，问题是这些电池将由什么制成?对锂和钴的需求增加可能是这一发展的障碍，”里卡德·阿维德森说。
该技术的主要优点是钠离子电池的材料丰富，可以在世界各地找到。电池中的一个电极——阴极——有钠离子作为电荷载体，而另一个电极——阳极——由硬碳组成，在Chalmers研究人员研究的一个例子中，硬碳可以从森林工业的生物质中生产出来。在生产过程和地缘政治方面，钠离子电池也是一种替代方案，可以加速向无化石社会的过渡。“对电池制造商和国家来说，基于丰富原材料的电池可以减少地缘政治风险和对特定地区的依赖，”里卡德·阿维德森说。
更多的一个关于这项研究
该研究是对两种不同的钠离子电池进行前瞻性生命周期评估，计算从摇篮到gate的环境和资源影响，即从原材料提取到电池的制造。本研究的功能单位为电池级1千瓦时的理论蓄电容量。
这两种类型的电池主要基于丰富的原材料。阳极由来自生物木质素或化石原料的硬碳组成，阴极由所谓的“普鲁士白”(由钠、铁、碳和氮组成)组成。电解质含有钠盐。生产模型是为了适应未来的大规模生产。例如，电池的实际生产是基于今天在超级工厂大规模生产锂离子电池。
测试了两种不同的电力组合，以及两种不同类型的所谓分配方法——即资源和排放的分配。一种方法是根据质量在副产品之间分配气候和资源影响，另一种方法是将所有影响分配给主要产品(钠离子电池及其组件和材料)。
参考文献:Sanna Wickerts, Rickard Arvidsson, Anders Nordel?f, Magdalena Svanstr?m和Patrik Johansson发表在2024年11月13日的《工业生态学杂志》上的“由丰富元素制成的钠离子电池的前瞻性生命周期评估”。DOI: 10.1111 / jiec.13452
这项研究是由瑞典能源署通过电池基金项目资助的。
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