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抛开“火系”选择水

为什么锂电池容易失控发生燃爆？最主要的原因之一就是其内部易燃的电解液。一旦电解液因外部撞击，或内部锂枝晶生长而流出，就有可能发生燃爆事故。

为了安全，我们在之前的文章中提到过固态电解质的研究，但固态电池还没有走到量产应用这步，仍是一个业内公认的、尚未摘得的“圣杯”。那还有没有别的选择？

当然有，近期北京航空航天大学与北京纳米能源与系统研究所共同研发的一款“超级钠离子电池”就能做到既安全又“长寿”。

钠电池大家并不陌生，但这款钠电池并不能用传统的思路去理解。

常说的钠电池和锂电池极为相似：它们的工作原理和结构类似，均由正负极、隔膜和电解液组成，依靠钠离子或锂离子在电池正负极之间移动实现电能的存储和输出；二者都可以重复充放电，统称为“摇椅式电池”。

唯一的区别在于，钠电池能量密度低一些，钠离子体积也要比锂离子大得多，所以正负极材料、隔膜和电解液都需进行适应性调整。

但从电解液的角度看，商用钠电池用的还是有机溶剂，也就是碳酸酯等化学物质，失控风险仍在。而这款新的钠离子电池的电解液用的是水作为基底，安全性大幅提升，也可以被称为“水系电池”。

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为储能而生的新型钠电池

水系电池这个概念早在二十多年前就已提出。简单来说就是把危险的电解液换成以水为主的材料，北航团队们就在水基液体中添加了钠盐。这样一来，不仅成本低、无污染，还具备安全和高功率性能等特点。

最重要的是，经过电解液、正负极材料的重新组合，这款“超级钠离子电池”它的循环寿命达到了可怕的3.8万次——目前有计划量产的钠电池循环寿命大概在3000～10000次之间，工作温度可以低至零下70摄氏度、上至45摄氏度，用作储能是最合适的。

跟储能最适配的就是它的循环寿命。储能电池有个最大的特点就是需要频繁充放电，因此对电池的循环寿命要求较高。

可再生能源有“靠天吃饭”的特性，需要调节和辅助手段才能支撑，储能是实现灵活调节的主要手段。除去抽水蓄能，在现有的新型储能技术中，锂电池最为成熟，具备大规模应用条件。但锂电池成本还高，所以宁德时代等电池厂商在锂价飞涨时看中了钠电池。

而北航这款新型钠电池在25摄氏度的情况下、循环3.8万次后，仍能保持85.5%的容量，远超传统钠离子电池和成本更低的磷酸铁锂电池的寿命水平，意味着大幅降低了更换及维护成本。

上面说的高安全性也特别适合储能场景。传统锂电储能站最经常发生的事故原因就是火灾，占比超九成。

以水为基底作溶剂替代了易燃的有机电解质，基本从根源上消除了热失控风险。就算储能设施部署于人口稠密区或是地下封闭空间，都能符合储能系统的安全要求。

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能量密度短板补上了吗？

怎么看它都是储能领域一颗极有潜力的新星，但这个新星也有弱点，在于水的“原罪”。

水系电池的这概念既然早早就提出，却坐了这么多年“冷板凳”总是有原因的，主要一点就是它的电化学特性。

纯水本身的分解电压只有1.23V，也就是说只要电压给得超过1.23V，水就分解了，成了氢和氧。这不就成了电解水制氢吗？

而有机溶剂为电解液的离子电池的输出电压一般都能做到4V以上，因此，水系电池的能量密度都比较低。本文说的超级钠电池能量密度也不过147.3Wh/kg，就已经超越了50～90Wh/kg的水系电池平均水平。

这个水系钠离子电池能做到接近传统钠电池的能量密度实属不易，要归功于一系列配方改良。不仅是水基溶剂要改，正负极材料也要改，多种组合实验才得到了这么一个较为成功的配方。

商用的前提当然是把综合性能继续提升，再将配方不断改良，说不定以后还会有水系锂电池诞生。

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编辑｜张毅

主编｜黎坤

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