水系鈉離子電池行業(yè)利潤 2020水系鈉離子電池行業(yè)投資前景及市場發(fā)展趨勢分析

• 2020年7月7日 WuYaNan來源：中研網(wǎng) 351 16
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隨著太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)普及應(yīng)用和智能電網(wǎng)建設(shè)，儲能技術(shù)成為能源優(yōu)化利用的核心技術(shù)之一。水系鈉離子電池具有資源豐富、價格低廉等優(yōu)勢，作為未來電網(wǎng)儲能的重要選擇而成為近年來電化學(xué)儲能技術(shù)前沿的研究熱點。

隨著太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)普及應(yīng)用和智能電網(wǎng)建設(shè)，儲能技術(shù)成為能源優(yōu)化利用的核心技術(shù)之一。水系鈉離子電池具有資源豐富、價格低廉等優(yōu)勢，作為未來電網(wǎng)儲能的重要選擇而成為近年來電化學(xué)儲能技術(shù)前沿的研究熱點。由于受到水的熱力學(xué)電化學(xué)窗口限制及嵌鈉反應(yīng)的特殊性(例如溶液的pH值、氧的溶解等)，以及容量、電化學(xué)電位、適應(yīng)性及催化效應(yīng)等，電極材料選擇面臨挑戰(zhàn)，進(jìn)而影響水系鈉離子電池的應(yīng)用。因此，電極材料成為水系鈉離子電池的研究重點。本文簡要概括了水系鈉離子電池的特點，并對氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)物等電極材料體系的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并概括了將來的發(fā)展方向，為推動水系鈉離子電池的發(fā)展和能源優(yōu)化研究奠定了基礎(chǔ)。

鈉離子電池并非一種新型的化學(xué)電源體系，早在20世紀(jì)70-80年代，鈉離子電池的發(fā)展幾乎與鋰離子電池同時起步，隨著索尼公司實現(xiàn)鋰離子電池的商業(yè)化，鈉離子電池的研究被逐漸忽視。這主要是由于鈉離子質(zhì)量較重且半徑(0.102 nm)比鋰離子(0.069 nm)大9，在充放電過程中，鈉離子在電極材料中脫嵌困難、緩慢，主體材料膨脹/收縮引起的形變更容易使電極材料發(fā)生較大的應(yīng)力變化，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生瓦解，導(dǎo)致材料的循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此，不能將鋰離子電池中成功應(yīng)用的材料簡單地移植到鈉離子電池體系，開發(fā)能夠高效、穩(wěn)定儲鈉的電極材料成為當(dāng)下研究熱點。而對于大多數(shù)固定式儲能場合，基于成本和安全性，人們將鈉離子電池的研究拓展到水溶液電解質(zhì)體系。

圖表：水系鈉離子電池反應(yīng)原理示意圖

資料來源：公開資料整理

水溶液電解質(zhì)體系具有以下特點：

(1)水溶液電解液代替有機(jī)電解液，解決了易燃等安全性問題;

(2)生產(chǎn)條件相對寬松，電解液溶劑和鹽價格相對便宜;

(3)鈉離子水合離子半徑(0.358 nm)比鋰離子較小(0.382 nm)，移動速率更快;

(4)水溶液離子電導(dǎo)率比有機(jī)電解液高2個數(shù)量級，即使大尺寸的電極也能實現(xiàn)較高效率和能量密度。因此水系鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的大規(guī)模儲能系統(tǒng)電池之一。

水系鈉離子電池市場潛力如何?

水系鈉離子電池采用水系電解液，在本征上解決了有機(jī)電解液電池存在的安全隱患問題。并且水系電解液價格低廉，水系電池組裝過程對濕度要求低生產(chǎn)工藝更加簡便，鈉元素含量豐富分布廣泛。以上優(yōu)點使得水系鈉離子電池在大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用中具有價格低和易于回收再利用的優(yōu)勢。

但是水系電解液電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄(熱力學(xué)穩(wěn)定窗口1.23 V，動力學(xué)穩(wěn)定窗口一般也低于1.8 V)，使得水系鈉離子電池可使用電極材料非常有限，電池輸出電壓低，庫倫效率低，循環(huán)壽命短。對此，研究者們做了諸多努力也取得了許多進(jìn)展，王春生教授采用超高濃度鹽溶液能夠有效拓寬水系電池電化學(xué)窗口至3.0 V。但是超高濃度電解液的使用可能會帶來成本提高以及電池倍率性能降低的問題。因此，如果能夠很好解決上述問題，或者更好的平衡產(chǎn)品成本與價格，那么水系鈉離子電池行業(yè)的發(fā)展空間將有望進(jìn)一步打開。

2020水系鈉離子電池行業(yè)現(xiàn)狀及市場前景趨勢分析

近年來，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來越受到關(guān)注。但是，地球上的鋰資源實際上是難以支撐大型儲能系統(tǒng)的應(yīng)用需求的。于是，與鋰的化學(xué)性能類似的鈉被認(rèn)為能夠替代鋰適用于水系離子電池體系。鈉是地球上儲量最豐富的資源之一，可以說是用之不竭。價格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的適合大規(guī)模儲能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點。實際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時起步，早在20世紀(jì)80年代，人們就開展了有機(jī)系鈉離子電池正負(fù)極材料的研究。但是與有機(jī)系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機(jī)系鋰離子電池中的正負(fù)極材料體系不能簡單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負(fù)極間離子嵌入/脫出反應(yīng)的“搖椅式”機(jī)理作為充放電反應(yīng)機(jī)理，可是因為鈉的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。而且，負(fù)極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。直到近年，在容量利用率和循環(huán)壽命方面基本滿足要求的有機(jī)系鈉離子電池用負(fù)極材料才被開發(fā)出來。

雖然水系鈉離子電池技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，但它仍然為大規(guī)模儲能提供了一種安全、廉價、清潔和耐久的新體系?，F(xiàn)在，越來越多的新材料，新構(gòu)思和新技術(shù)被應(yīng)用到水系鈉離子電池體系的開發(fā)中，其綜合性能也在不斷提升。相信隨著研究與開發(fā)的不斷深入，在不久的將來一定能夠?qū)崿F(xiàn)其在儲能上的大規(guī)模應(yīng)用，從而推動以智能電網(wǎng)和可再生能源并網(wǎng)為代表的清潔能源的應(yīng)用。

據(jù)中研普華研究報告《2020-2025年中國水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展前景分析與投資預(yù)測報告》分析

2020中國水系鈉離子電池行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀分析

第三節(jié) 水系鈉離子電池行業(yè)經(jīng)營效益分析

一、水系鈉離子電池行業(yè)成本結(jié)構(gòu)分析

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