对钠离子电池市场、技术和供应链结果的透彻分析发现，在商业化之前需要重大进展。
多年来，众多电池工程师及其支持者一直希望制造出比主流锂离子技术更便宜的电池，力求在锂离子市场中占有一席之地，锂离子市场每年价值500亿美元且正在增长。在研究人员、初创公司和风险投资界，最近的热门竞争者——钠离子电池——在因COVID导致的矿物供应链挑战使锂价大幅波动后受到了广泛关注。然而，根据《自然能源》杂志的一项新研究，要实现钠离子电池成为低成本竞争者可能还需要数年的时间，并且需要一系列技术进步和有利的市场条件。
人们通常认为，与锂离子电池相比，钠离子电池的成本更低、供应链更具韧性。尽管具有很大潜力，钠离子电池仍面临巨大的挑战。其每磅存储的能量通常低于锂离子电池。因此，尽管材料价格可能较低，但钠离子电池的每单位存储能量成本仍然较高。这可能会限制其广泛商业化的采用——除非首先能取得研究突破。该研究突出了最具前景的进步领域，这是斯坦福多尔可持续发展学院的普瑞库特能源研究所与斯坦福SLAC电池中心新建立的合作关系的第一次研究。这一新项目STEER，评估新兴能源技术的技术和经济潜力，并为能源转型提供“如何建设、何处创新和如何投资”的建议。该研究评估了超过6000种情景，以测试其钠离子电池竞争潜力的路线图的稳健性。
“锂离子电池在2022年首次上涨，唤起了对潜在替代品的警觉。钠离子可能是锂离子最具吸引力的短期竞争者，许多电池公司宣布了大规模建设钠离子制造的计划，承诺比现有技术更低的价格，”该研究的首席作者、STEER的创始人及团队负责人亚德里安·姚（Adrian Yao）表示，该项目在2023年10月启动，得到了美国能源部三家办公机构的支持。
姚表示：“我们认识到钠离子电池在价格上是否、何时及如何能压制锂离子电池在很大程度上是猜测，特别是考虑到锂离子电池价格持续下跌。”他是一名博士生，在担任一家锂离子电池初创公司的创始人和首席技术官并规模化商业生产八年后回归学术界。
姚的博士共同导师是这项新研究的资深作者和STEER的共同主任：萨莉·本森（Sally Benson），斯坦福多尔可持续发展学院能源科学与工程系的普瑞库特家庭教授；以及威廉·邱（William Chueh），材料科学教授、SLAC光子科学系和多尔可持续发展学院能源科学与工程系的副教授。
本森表示：“这项钠离子研究是启动STEER的完美项目，作为一种新的方式，引导研究和投资朝向最值得追求的技术路线图，或许更重要的是，避免那些不太可能成功的技术。”
钠离子的注意事项
为了在价格上竞争，特别是与低成本的锂离子电池变体锂铁磷酸盐相比，该研究强调了钠离子电池开发者的几个关键途径。最重要的是在不使用关键矿物的情况下提高能量密度。具体而言，开发者应以锂铁磷酸盐的能量密度为目标，同时减少对镍的依赖。目前，大多数领先的钠离子设计依赖于相对昂贵的金属。
“然而，我们的主要目标不是预测我们预计实现价格平价的具体年份，而是揭示各种市场情景对竞争技术可行性的影响，”邱说。
邱表示：“作为技术专家和投资者，我们不能假设一旦设备实现商业生产，规模经济必然会使价格暴跌。是的，会有一个学习曲线，但在这里我们量化了这个曲线，并表明这仅靠它并不足够。”他还是普瑞库特能源研究所的主任。“工程进步很可能比单纯扩大生产在降低钠离子电池成本方面发挥更大的作用。”
研究人员表示，这样的进步和新电池化学通常值得追求。能源部的2022年能源存储供应链分析指出，多元化电网能源存储系统的技术可能会提高整体供应链的韧性。对于全球向可持续能源过渡所需的更高能源存储量，继续如此依赖锂离子电池将带来安全、经济和地缘政治风险。例如，该研究模拟了如果石墨的供应冲击发生，钠离子的竞争力将如何加速，而石墨是锂离子电池中使用的一种关键材料，中国控制着全球供应的90%以上。事实上，2024年12月3日，中国开始对美国限制石墨出口，并禁止出口另外三种关键矿物。
该研究还识别了可能削弱钠离子与锂离子竞争力的市场力量和供应链条件。例如，如果锂价继续保持在今天近历史低位，钠离子在下一个十年中成为价格竞争者的技术路线将更加有限。
姚表示：“我们从行业从业者那里学到的一个关键点是，虽然电池单元价格很重要，但技术的成功最终是在系统层面上，比如电动汽车或电网规模的电池储能系统。这就是为什么我们现在正扩大我们的研究范围，以提供更全面的视角，包括理解安全成本和其他系统考虑因素。”
