鋰離子電池是現代世界的跳動心臟。它為八十億支手機、數億台筆記型電腦以及快速增長的電動汽車和能源儲存銀行提供動力。但現在，一個新的競爭者正在進入電池市場。
基於鈉的電池有望比鋰離子電池更便宜、更安全且對環境更友好。而今年可能標誌著鈉時代的開端。
今年四月，中國公司CATL——全球最大的電池生產商——宣布將在2026年底前開始大規模生產鈉離子電池。總部位於寧德的CATL補充說，它已簽署協議，將電池銷售給一家汽車製造商和一家為電網提供能源儲存站的供應商。
鈉離子電池最早是在1980年代開發的，與鋰離子電池大致同期。但早期的原型機存在一些重大缺陷：它們的能量儲存量不如鋰離子電池，而且壽命較短，很快就會失去充電能力。因此，數十年來，研究一直集中在鋰離子技術上。但在過去的五年裡，對鈉離子電池的興趣和投資已大幅增加。中國的公司已經推出了由鈉電池驅動的摩托車和小汽車，並開發了鈉電池製造設施。CATL的大規模生產有望顯著擴大該技術的普及。分析人士報告稱，另一家中國公司、全球銷量最大的電動汽車製造商比亞迪（BYD）也在大力投資鈉離子電池。
許多觀察家驚訝於公司聲稱改進鈉離子電池缺陷的速度。荷蘭埃因霍芬理工大學的能源分析師Auke Hoekstra表示，他對進步的速度感到震驚。「我實在沒想到會這麼快——而我通常被視為樂觀主義者。」他說。
Hoekstra以其對可再生能源的樂觀預測而聞名，這些預測常常是正確的。現在他對鈉離子電池持樂觀態度。儘管其他分析師和研究人員不確定該技術在多大程度上能與鋰離子設備競爭，但他認為這是一項能夠持續降低電池價格的創新，從而加速全球經濟的電氣化。「對於能源的未來來說，這確實將是一個改變遊戲規則的技術。」他說。
鈉離子技術將降低電池價格的預期，主要基於其原材料比鋰離子電池更便宜、更豐富的事實。
自2010年以來，電池的價格已經下跌了90%以上（見「鋰離子電池價格下跌」）。其中大部分的下降歸因於工業流程效率的提高以及電池產量的增加。這意味著電池中的原材料佔總成本的比例比以前更大。
對於鋰離子電池，這些原材料不僅包括鋰——通常以離子的形式儲存在石墨和銅電極（陽極）中——還包括另一個電極（陰極）的組件，該電極在電池放電時會吸引鋰離子。
為了提高能量容量，材料科學家和工程師開發了使用重金屬鎳、錳和鈷（NMC）的電池，形成「層狀氧化物」微晶體，在陰極中儲存鋰。由於鋰離子可以緊密且牢固地填充在這些晶體中，商用NMC電池的能量容量已達到每公斤300瓦時（Wh kg −1 ）的創紀錄水平——這使得一些高端電動汽車在需要充電前可以行駛超過800公里。
然而，其中一些陰極元素價格昂貴且稀少，這意味著NMC價格下跌的趨勢已顯示出趨於平穩的跡象。但在過去五年左右，許多汽車生產商，特別是中國的汽車生產商，已經採用了替代的層狀氧化物陰極，將鋰與廉價的鐵和磷酸鹽結合（統稱為LFP）。
儘管LFP電池的儲能量僅為先進NMC電池的三分之二左右，但它們仍能為電動汽車提供可觀的續航里程——特別是對於主要在城市使用的汽車、貨車和摩托車。它們已經佔據了用於儲存可再生能源的電網大規模固定儲能裝置的全球市場。（見「能源平衡轉移」）。在這裡，單位重量的能量較低並不那麼重要。
LFP幫助鋰離子電池的價格繼續急劇下降，這意味著最便宜電池中原材料成本的大部分現在來自鋰，Hoekstra說。
在大流行期間，當電動汽車需求上升與供應鏈中斷相遇時，鋰市場開始經歷一系列的繁榮和蕭條。突然之間，世界意識到這種寶貴資源的供應有多麼缺乏彈性，其中大部分產自澳大利亞和少數幾個國家。分析人士說，儘管有足夠的鋰儲量來電氣化全球經濟，但鋰價格的波動——以及對礦業擴張速度能否滿足不斷增長的需求的不確定性——是中國公司投資鈉技術的主要原因。「他們想確保擁有穩定的供應鏈。」倫敦帝國理工學院的研究員Yun Zhao說。
電池用鈉可以很容易地從工業化學品蘇打灰（或碳酸鈉）中提取，蘇打灰豐富且比大多數形式的鋰更容易開採。「鈉是一種幾乎取之不盡的資源。」CATL發言人張軼知說。它在地殼中的含量比鋰多1000倍以上，在海洋中的含量高達6萬倍。張補充說，上個月工業級碳酸鈉的價格僅為每噸200-280美元，而電池級碳酸鋰的價格為每噸20,000-25,000美元。
鈉離子電池在其層狀氧化物陰極中也使用不同的原材料（見「鈉離子電池如何工作」）。與其LFP表親一樣，鈉離子電池通常不含NMC電池中大量的有毒重金屬。CATL在其首批大規模生產的電池中採用了一種稱為普魯士藍的層狀氧化物，它由鈉、氮、鐵和碳組成，類似於普魯士藍顏料。
對於陽極，鈉離子電池可以使用廉價的鋁代替銅，效果很好。而且易於製造的碳基材料比石墨更能有效地儲存鈉離子。中國主導了石墨的全球供應，並因石墨開採相關的污染和環境破壞而受到批評。
CATL表示，鈉基電池的易燃性也低於鋰基電池（尤其是NMC類型），這應該會使它們更安全。而且它們在低至-40°C的低溫下仍能正常工作。
但是，配備鈉離子電池的汽車還無法與配備NMC鋰離子電池的汽車的能量容量和續航里程相媲美。CATL聲稱其大眾市場鈉離子產品的能量密度為175 Wh kg −1 ，並且其正在開發的創新將使這一數值提高到200 Wh kg −1 。這一數值將使鈉離子電池與LFP電池相當，但仍僅為先進鋰離子電池能量密度的三分之二。
因此，目前的競爭對手是LFP。張表示，CATL預計到2026年底，鈉離子電池的成本將與LFP持平。但一些分析師認為這需要數年時間。大多數諮詢公司認為，目前鈉離子電池比最便宜的鋰離子電池更貴，而且沒有人確切知道鈉離子電池的生產將在何時加速或成本將在何時下降。英國愛丁堡的研究公司Wood Mackenzie認為，要到2035年才能實現與LFP的價格均等。
「由於這是一項新技術，而且尚未廣泛部署，估計的誤差範圍非常大。」紐約能源研究公司BloombergNEF的電池技術分析團隊負責人Evelina Stoikou說。
由於鈉離子行業才剛剛開始擴大規模，因此很難比較鋰基和鈉基電池的成本。這種比較還需要分析師對鋰的價格和LFP的製造成本做出假設，而這些成本將繼續下降。「但底線是，由於原材料更便宜，預計大規模生產的鈉離子電池將比LFP便宜。」馬薩諸塞州馬爾登的鈉電池初創公司Alsym首席執行官Mukesh Chatter預測。
目前，尚難確定鈉離子電池驅動的汽車在西方市場是否會受歡迎。目前美國和歐盟的大部分電動汽車都使用高續航里程、高容量的鋰離子電池變體；價格較低、容量較低的LFP類型主要在中國和新興經濟體中佔有一席之地。鈉離子電池驅動的汽車，至少在初期，可能會遵循相同的模式。
另一個潛在問題是，儘管鈉離子電池可以像鋰離子電池一樣回收，但它們非常便宜，以至於沒有政府補貼的話，回收它們將是一項虧本的業務，趙的團隊計算得出。
專家們，包括Hoekstra，認為鈉離子技術在降低大規模固定儲能電池價格方面將產生更大的影響。在這裡，正如LFP的成功所表明的那樣，將大量能量塞進一個小空間並不那麼重要。Hoekstra認為鈉離子電池非常適合儲存主要由太陽能和風能供電的電網的能源。
Stoikou說，這項技術可以降低能源儲存銀行的成本，不僅因為如果大規模生產，單個電池的價格可能會大幅下降，而且因為如果鈉離子電池的火災風險較低，那麼它們就不需要像其鋰離子對應物那樣複雜。例如，調節電池組溫度的組件將會減少。
國際能源署在其《2026年全球電動汽車展望》報告中指出，幾乎所有鈉離子電池的生產能力都在中國，並且預計在2030年之前都會如此。張表示，僅CATL自2016年以來已在鈉離子研發方面投資了近100億元人民幣（合14億美元）。
然而，在美國，減少對中國依賴的政府優先事項推動了對鈉電池的探索，包括在基礎研究層面。美國能源部（DoE）資助的一項為期五年、耗資5000萬美元的項目於2024年啟動。該項目名為「低成本地球豐產鈉離子儲能」（LENS），正在協調美國多所大學和能源部國家實驗室的研究。
世界各地的研究人員仍在努力提高鈉離子電池的能量密度，希望進一步縮小與鋰離子電池之間的差距。
鈉離子電池的儲能量不如鋰離子電池，部分原因是它們通常在較低的電壓下工作，而且鈉離子比鋰離子體積更大。但實際可達到的電壓取決於材料的選擇，特別是陰極的材料。LENS聯盟負責人、電化學家Venkat Srinivasan表示，對於鈉離子設備來說，存在著廣闊的可能性，其中一些在理論上可以與鋰離子競爭。
一類材料——包括氧化鎳和氧化錳——對他來說尤其有前景。與NMC類似，這些材料具有層狀結構，並且比普魯士藍等材料佔用的體積更小。而且，儘管它們仍然使用鎳和錳，但所需的量比典型的鋰離子電池少。「我們證明了可以將鎳的含量從33%降低到25%。Srinivasan說。
加州大學伯克利分校的分子工程師Shirley Meng表示，進一步對設計進行重大更改也可以提高鈉離子電池的儲能能力。（Meng在伊利諾伊州芝加哥大學任職期間接受了《自然》雜誌的採訪；她現任職於新加坡南洋理工大學）。
一種想法是完全去除陽極材料，讓鈉在充電時以其塊狀金屬形式積聚——而不是以離子的形式儲存在海綿狀碳陽極中。這種「無陽極」方法（在一次性電池中很常見）長期以來一直被視為提高鋰離子電池容量的方法，但由於重複的充電-放電循環過程中鋰枝晶（樹狀細絲）的形成，這往往會導致短路。但Meng表示，她的研究表明，對於鈉形成的晶體類型，「具有良好可逆性的可能性很高」。然而，Srinivasan擔心塊狀金屬鈉可能帶來的火災風險。
儘管如此，Meng表示，鈉不太可能在大多數應用中具有足夠的競爭力來取代鋰，並且它可能會作為一種「緩解策略」來補充鋰，以應對供應鏈風險。
但正是因為鈉離子技術的成熟度較低，Srinivasan等人認為還有很大的改進空間。如果真是這樣，這可能會使鈉成為全球能源未來的重要參與者。
