近年來，鈉離子電池已成為主流鋰離子技術(shù)的主要競爭對手，而鋰離子技術(shù)一直面臨供應(yīng)短缺和主要礦物價格波動的問題。鈉離子電池通常被認為是一種更便宜的替代品，這主要歸功于豐富的鈉資源以及較低的提取和凈化成本，但一項新研究發(fā)現(xiàn)，鈉離子電池需要一系列技術(shù)進步和有利的市場條件才能在價格上接近現(xiàn)有的鋰離子電池。

斯坦福大學(xué)的一組研究人員評估了 6,000 多種情景下鈉離子電池的技術(shù)經(jīng)濟競爭力，同時改變了技術(shù)發(fā)展路線圖、供應(yīng)鏈情景、市場滲透率和學(xué)習(xí)率。結(jié)果，他們確定了幾種可能在 2030 年代與低成本鋰離子電池實現(xiàn)成本競爭力的鈉離子電池途徑。

提高競爭力最有效的方法之一是提高鈉離子的能量密度，以降低材料強度。目前，密度較低的鈉離子電池每單位儲能成本仍然較高，這可能會限制其廣泛應(yīng)用。

最重要的是在不使用關(guān)鍵礦物的情況下提高能量密度。研究人員建議，具體來說，開發(fā)人員應(yīng)該以磷酸鐵鋰為目標(biāo)，同時遠離鎳。目前，大多數(shù)領(lǐng)先的鈉離子設(shè)計都依賴于相對昂貴的金屬。

陰極是鋰離子電池的主要成本驅(qū)動因素，而陽極則是鈉離子電池中最昂貴的組件。因此，斯坦福大學(xué)的研究人員認為，提高硬碳陽極的比容量是另一個關(guān)鍵的設(shè)計方向。用合金陽極(如錫)代替硬碳是可能的方法之一。另一種設(shè)計方向是完全放棄陽極材料，選擇無陽極電池配置。

研究人員還表明，時間表對關(guān)鍵礦物供應(yīng)鏈(即鋰、石墨和鎳)的變動高度敏感。例如，如果鋰價格繼續(xù)保持在目前的歷史低位附近，那么鈉離子在未來十年內(nèi)獲得價格優(yōu)勢的技術(shù)路線將更加狹窄。

總之，他們觀察到，工程技術(shù)進步對價格的影響比通過邊學(xué)邊做和擴大生產(chǎn)來降低材料價格的有限空間更大。然而，所有模型結(jié)果都表明，短期內(nèi)要想在與低成本鋰離子變體的競爭中占據(jù)價格優(yōu)勢是一項挑戰(zhàn)。

《自然能源》雜志發(fā)表的一項題為《批判性評估鈉離子技術(shù)路線圖和與鋰離子電池的技術(shù)經(jīng)濟競爭情景》的研究得出結(jié)論：鈉離子值得進行大量的研究、開發(fā)和商業(yè)化關(guān)注。

“我們謹慎對待有關(guān)鋰離子電池(尤其是磷酸鐵鋰電池)在短期或短期內(nèi)(2030 年之前)具有價格優(yōu)勢的假設(shè)和承諾，但我們認為，在供應(yīng)鏈不穩(wěn)定的情況下，鋰離子電池作為一種可行可擴展的鋰離子電池替代品，在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，我們認為，投資鈉離子電池開發(fā)路線圖以保持與鋰離子電池的競爭優(yōu)勢是明智之舉。同樣，鑒于鋰離子電池對供應(yīng)沖擊的敏感性，不應(yīng)放棄對鋰離子電池供應(yīng)鏈安全的投資，”該研究指出。

這項研究是斯坦福大學(xué)杜爾可持續(xù)發(fā)展學(xué)院普雷科特 能源研究所 和 斯坦福直線加速器中心新合作開展的首項研究 。新項目 STEER評估了新興能源技術(shù)的技術(shù)和經(jīng)濟潛力，并為能源轉(zhuǎn)型“建設(shè)什么、在哪里創(chuàng)新以及如何投資”提供建議。