一種有幾十年歷史的技術或許能夠應對這一挑戰,即用鈉離子而非鋰離子攜帶和儲存電荷的電池。鈉在海水和鹽礦中隨處可見,因此供應和成本都不是問題。但鈉在儲存電能方面不如鋰,因為鈉離子比鋰離子大3倍,這限制了它們進出現有電池電極的能力。全球實驗室正在開發新的電極材料(材料行業分析報告)來解決這一問題。過去6個月中,已有幾個團隊宣布他們研發的鈉電池的儲能與低端鋰電池相當。商用鈉離子電池也開始應用于電動汽車、踏板車和電網儲能。
不過,研究人員指出,鈉離子電池廣泛應用還無法實現,這些電池的性能仍遠不及最好的鋰離子電池。而且目前缺乏使用鈉離子電池的動力:鋰短缺仍是一個理論上的擔憂,而且由于供應過剩,鋰的價格在過去3年中實際下降了70%。
鈉離子電池的工作原理與鋰電池一樣。由于鈉離子比鋰離子大,因此能擠進陽極的鈉離子數量較少。這就需要更大的電池來儲存相同的電量,從而增加了成本和體積。鈉電池的存儲容量甚至不到最好的鋰電池的一半,后者每公斤可存儲300瓦時以上的能量。
一種方法是改變陽極成分。大多數鋰離子電池使用石墨,這是一種碳,其緊密的層狀結構往往會排斥鈉離子。許多研究人員轉而使用另一種形式的碳——硬碳,后者由雜亂的碳顆粒組成,從而給鈉離子留下了孔隙。
不幸的是,這些孔隙也會減少陽極的儲能容量。但研究人員發現,在陽極中加入錫可以解決這一問題。在碳基質上,每個錫原子可以結合3.75個鈉離子,從而提高陽極儲存鈉的能力,進而提高儲能。