鈉離子電池，未來新型儲能又一方向?

　　近日，上海璞鈉能源科技有限公司作為牽頭單位，，將開展“新一代鈉離子nfpp體系儲能電站”的開發研制，并將于2025年完成全球首座鈉離子nfpp電站的示范運行，隨即開啟“更安全、超寬溫、高倍率放電”新型儲能站的商業化運營。

　　“儲能系統的安全性在雙碳達標、化石能源轉型的大背景下，日益受到社會各界及國家行業主管機構的重視。電化學儲能產業路線的選擇，既要考慮在原料可獲取的安全性和成本方面具備長期的優勢，又要能解決長期使用條件下的本征安全性。這對于全球儲能產業來說都是極具挑戰的課題。”nfpp儲能電站項目的牽頭單位上海璞鈉能源科技有限公司首席科學家、復旦大學教授夏永姚如是說。

　　高安全、長壽命和低成本的新型電化學儲能技術急需突破和快速產業化

　　新型儲能，尤其是電化學儲能，是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，也是我國實現碳達峰、碳中和“雙碳目標”的重要支撐。nfpp儲能系統的開發與產業化，既符合國家“碳達峰”、“碳中和”重大戰略目標的需求，有效加快新能源開發進程，同時又幫助減輕我國能源消費對煤炭石油天然氣等不可再生能源的嚴重依賴，有利于從源頭減少二氧化碳等溫室氣體排放，助力國家加快實現“碳達峰”“碳中和”戰略目標。

　　儲能市場的蓬勃發展，根據電化學儲能應用場景大致可以分為三個部分：電表前端 (ftm) 公用事業規模安裝尤其是發電側和電網側;用戶側 (btm) 商業和工業裝置;和btm住宅裝置。

　　跨國知名咨詢公司麥肯錫預計：公用事業規模的電化學儲能(已占新增年產能的大部分)將在未來六年中每年都保持增長29% 左右，是三個細分市場中增長最快的。2030年，電池儲能系統的市場容量可能會增加5倍。到2030 年，公用事業規模的年度裝機容量將達到 450 至 620 吉瓦時(gwh)，公用事業規模的電化學儲能將占據當年總市場的90%，全球電化學儲能全部市場需求將達到700gwh,1200億至1500 億美元，或1萬億人民幣左右。

　　儲能全部市場需求巨大，對于儲能系統的高安全、長壽命和低成本提出了巨大的挑戰。目前主流的電化學的新型儲能技術，多采用成熟的鋰電體系。從三元鋰電到磷酸鐵鋰，技術不斷迭代，生產工藝也得到迅速的提升。但鋰離子儲能站在全球應用過程中，時不時發生的爆燃事件，也不斷地向日益熱烈擁抱新能源轉型的大眾提出了巨大的問號：“人類在現有儲備的技術路線，還有沒有更安全、更低成本和方便使用的儲能電站了呢?”

　　當前電化學儲能的技術路線主要為鋰離子電池，但受制于鋰元素儲量及地理分布的不足，鋰離子電池原材料價格大幅波動，2022原材料碳酸鋰年較2020年前價格最高增長10倍左右，一度達到50萬/噸。據usgs和中國地礦局數據，全球鋰礦高度集中于玻利維亞、智利、阿根廷和澳大利亞，上述國家鋰資源儲量占全球70%以上。我國鋰資源儲量占全球不到7%，且由于開采難度大，成本高，下游需求大，鋰資源供應進口依賴度較高。

　　鈉元素資源非常豐富且分布均勻易獲得，沒有資源“卡脖子”問題。鈉離子電池相對于鋰離子電池還具有低成本的特點。相對于鋰離子電池，鈉離子電池體積和重量能量密度較低，鈉離子電池在短路情況下瞬時發熱量少，溫升較低，熱失控溫度也低于鋰電池，因此在安全測試中表現優秀。鈉電池經過過充過放、短路、針刺、擠壓等嚴格測試，都能做到不起火、不爆炸，更加安全可靠。鈉離子電池受極端環境影響較弱，尤其在低溫環境下性能穩定，適合在寒冷地區使用。

　　長期看鈉離子電池勢必會成為今后新型儲能的重要方向

　　鈉離子電池的發展對于緩解鋰資源短缺、降低對國外資源的依賴、促進科技進步和降低能源成本等方面也具有重要意義。隨著技術的進步和成本的降低，鈉離子電池的商業化應用前景廣闊，對電動車市場、儲能市場和電力行業等多個領域將產生深遠影響。

　　復合磷酸鐵鈉-硬炭，相較于其他四種技術路線，在安全性、循環壽命、超寬溫及放電倍率上擁有明顯的優勢和性能。

　　目前，鈉離子電池已經進入產業化階段，技術路線的不同主要區別于正極材料的不同，而其他的材料、輔材及電池的工藝則基本相同。目前正極材料典型的技術路線有五種：而上海璞鈉能源科技有限公司則采用

　　數據分析顯示，在儲能應用場景下，循環壽命對儲能系統的經濟性有重大影響，其他還包括充放電效率和充放電深度。顯然，循環壽命對電化學儲能系統的經濟性影響最大。璞鈉的復合磷酸鐵鈉技術路線在循環壽命上將達到或超越磷酸鐵鋰，而安全性上比鋰電擁有顯著的提升和保障;而80%的放電深度條件下6000-10000次以上的循環壽命，90以上的充放電效率也是遙遙領先其他技術路線。璞鈉的復合磷酸鐵鈉技術和市場目前主流的磷酸鐵鋰相比較，在直接原材料成本(bom)和制造成本上，都有明顯的優勢。另外，nfpp體系電站的超高放電倍率，對于未來電站在汽車進行快充的場景下，也具備極大的優勢。

nfpp鈉電池儲能系統

移動儲能車

　　另外，nfpp儲能電站，可在零下45攝氏度到60攝氏度環境下正常工作，而現有的儲能電站在低溫環境下使用，需耗費其本身的電量進行加熱;而在高溫環境下，傳統電站的放電效能也明顯降低或工作異常。

　　鈉離子nfpp新型儲能面臨的挑戰

　　在地方政府、投資方的信心注入下，處于起步期的璞鈉將走上nfpp正極材料的產能擴張之路，百噸級產線建成后市場高度認可，產品供不應求。但璞鈉能源首席科學家夏永姚教授的態度是進取而不失穩健，“產能的擴張也存在兩難的矛盾，如果達不到一定規模的產量，那么下游訂單可能不會優先考慮我們。如果建立新產線后，但面臨沒有足夠的市場需求，也會帶來新的問題。因此，平衡產能也是一個關鍵點”，璞鈉選擇穩健的發展路徑，既能讓自身可持續運轉，又不至于帶來過重資金壓力的方案，“在有銷量預期的前提下，我們的產能建設是一次規劃，分步實施。第一步是在年底之前先建立一萬噸正極材料的產能，不會盲目一次把產能做得太大，在一萬噸正極材料等產能利用率達到預期后，璞鈉才會考慮進行下一輪產能建設。“

　　nfpp正極材料的產能擴張并不只是一個數字的決定，這個決策反映著璞鈉團隊對未來應用場景的分析。其中，儲能是增長潛力最大的未來應用場景，在儲能方面，鈉離子電池擁有原料儲量及成本、低溫性能和安全性高等三方面優勢;夏永姚認為，“鈉電和鋰電將是長期共存的狀態”，兩個產業形成互補共存，而鈉離子電池在市場中能占據多少份額，則取決于產品的性價比，尤其在于成本的控制，而如前所述，基于較低的原料成本，從長期來看有充足信心，在實現量產后，理論上鈉離子電池的成本將比鋰離子電池低接近30%左右，從而實現市場份額上的擴張。但在目前鋰電儲能體系的價格處于市場低谷，對于nfpp儲能系統的產業化運營形成了階段性的挑戰與壓力。

　　只有凸顯nfpp的獨特性能，才能形成與鋰電的差異化競爭與性能互補的關系。

　　璞鈉與璞鈉股東之一——上海機場集團的合作，“我們的產品在機場的應用場景主要有兩個方面”，其一是機場內的公共交通，比如乘客擺渡車、地勤工作用車等，“這些交通工具對于續航里程可能并沒有很高的要求，但對低溫下的性能肯定有要求”，這就和璞鈉的聚陰離子-復合磷酸鐵鈉技術路線的特點相當契合。其二是一些特定位置的機場可能會采用風能、太陽能等發電形式，且機場也是能源消耗重地，有比較大的潛在儲能需求，“很可能成為未來雙方合作的增長點”。璞鈉的另一個股東申能集團本身就是一個能源企業，而中國有巨大的儲能市場需求，綠色能源體系是未來能源發展的必然趨勢。復旦大學作為項目的參與方之一，同負責儲能系統集成及能源智慧管理任務的樂創能源公司一起，為nfpp儲能站的開發提供了強大的學術和運營能力的支撐。

　　上海璞鈉能源牽頭開發的nfpp儲能電站項目，通過將鈉離子在上海試點區域進行首次慣量響應和一次調頻示范應用，通過合建或改建方式整合為電源側獨立新型儲能電站，接入電網并由電網直接調度，可提高儲能利用效率和新能源消納能力，并有效提升新能源電場電力系統頻率穩定性，加快新能源并網，提高全國可再生能源開發利用水平，提升新能源(太陽能、風能等)在我國能源利用中的占比，對解決我國能源短缺問題提供重要支撐。

　　鈉離子nfpp電池實際應用的產業化前景廣闊，可以有效降低電化學儲能成本，提升新能源利用的經濟價值，也將大大提升儲能電站長期使用的安全水平。因此建立聚陰離子正極鈉離子電池儲能電站十分迫切和必要，此項也是填補全球范圍內鈉電聚陰離子nfpp儲能站的行業空白，示范效應明顯。

　　來源：上海經信委