美國押注鈉離子電池想擺脫對中國依賴
美國和中國正在圍繞鈉離子電池展開競爭。美媒稱這項新型電池技術可望打破中國對關鍵電池製造材料的壟斷,尤其是在全球貿易局勢緊張和美國電力儲能需求持續成長的背景下。
與目前廣泛應用於手機、電網等設備中的鋰離子電池不同,這種新技術依賴純鹼,它可以從食鹽中提取。相較於鋰,鈉的資源更豐富且分佈廣泛。特別是對美國而言,這種資源優勢尤其突出:中國需要透過化學方式合成純鹼,而美國擁有全球92%的純鹼儲備,生產成本低廉且供應充足,因此被譽為“純鹼領域的沙烏地阿拉伯” 。
儘管美國先前兩次嘗試成為電池製造強國未能成功,此次,研究人員和企業家則對前景更為樂觀。部分原因在於,他們與兩黨政策制定者合作密切,後者推動了現任政府制定的一系列激勵措施,並預計未來的政策可能包括相關關稅,以進一步支持該領域的發展。
隨著汽車電動轉型,以及電池儲能在保障美國電網穩定性中發揮不可或缺的作用,美國確保未來電池供應的任務顯得格外迫切。能源儲存領域的專家指出,這項新技術為美國提供了解決電池問題的第三次機會,這可能是最後一次機會。
一個由六個國家實驗室和八所大學組成的研究聯盟,已從美國能源部獲得5000萬美元的撥款,用於推進鈉離子電池技術的發展。相較於鋰離子電池,鈉離子電池展現了許多優勢,例如更堅固、更安全。然而,由於鈉的物理化學特性,這種電池目前在體積和重量上存在一定劣勢。
支持者認為,鈉離子電池的這些劣勢在許多應用場景中幾乎可以忽略,例如用於大型固定式電池系統,這些電池可在陽光充足或風力強勁時儲存能源,並在非工作時段將其反饋至電網。此外,研究人員也致力於開發更輕的鈉離子電池,未來可望應用於電動車。
這項技術突破或將帶來更安全、更經濟的電動車電池,並在更廣泛的溫度範圍內實現高效運行,包括在寒冷天氣中也能保持穩定續航里程,從而解決當前鋰離子電池的不足。
阿貢國家實驗室能源儲存研究主任兼鈉離子電池聯盟負責人溫克特·斯里尼瓦森(Venkat Srinivasan)指出,美國應從國家安全的角度優先發展鈉離子電池技術。目前,鋰離子電池的全球供應鏈幾乎完全依賴中國,而中國不僅是關鍵礦物的主要精煉國,也是電池成品的最大製造國。
這項威脅並非危言聳聽。中國多次限制電動車和再生能源關鍵零件所需礦物的出口。最近,中國對稀土元素出口實施禁令,並加強了對鋰離子電池核心材料石墨的出口管控。
隨著全球對電池的依賴日益加深,中國在這一領域獲得的主導地位已令上世紀70年代初的石油輸出國組織(OPEC)相形見絀。此前,美國已兩度在電池技術競爭中失去領先地位,讓中國後來居上:一次是在鋰離子電池技術的初步突破上,另一次則是在其成本優化後,鋰離子電池迅速成為全球電動車領域的主導技術。
總部位於丹佛的儲能新創公司Peak Energy執行長蘭登·莫斯伯格(Landon Mossburg)指出,如果美國能夠迅速採取行動,有望建立自主的電池能源體系,擺脫對中國的依賴。他的公司正致力於將鈉離子電池引入美國的電網儲能係統,並計劃在2025年為公用事業公司和獨立電力供應商建造一系列小型試點裝置。
美國擁有豐富的天然碳酸鈉(也稱為純鹼)儲量,這是鈉離子電池的主要原料。雖然純鹼可以透過合成來獲得,但直接開採更經濟。根據斯里尼瓦森介紹,美國每年開採的純鹼約有一半用於玻璃生產,包括家庭窗戶和啤酒瓶等。
然而,目前中國是唯一能夠大規模生產鈉離子電池的國家。莫斯伯格的公司正在與一家中國合作夥伴(未透露身分)合作,採購鈉離子電池並試圖學習其製造技術。這個過程類似過去美國公司在中國建廠時需進行技術轉移的情況,但角色已然逆轉。如今,中國在技術上處於領先,美國則試圖從中學習。
在舊金山灣區的Peak Energy工廠,數十名工程師正在研發如何將從中國採購的電池加工成大型貨櫃電池組件,以取代公用事業公司目前使用的鋰離子電池陣列。莫斯伯格表示,該公司的最終目標是在美國建立一家鈉離子電池生產工廠,但這一目標的實現可能需要數年時間。
同時,由斯里尼瓦森領導的一個國家實驗室和大學聯盟正著手改進現有的鈉離子電池技術。最終目標是研發出能量密度可媲美目前低成本電動車電池標準(即磷酸鐵鋰,LFP)的鈉離子電池組。 LFP電池目前廣泛應用於特斯拉Model 3、福特F-150閃電、野馬Mach-E等基本車型,以及許多中國品牌車型。
然而,要實現這一目標仍需克服諸多技術難題。斯里尼瓦森指出,其中之一是如何優化鈉離子電池的化學成分以剔除鎳,這種關鍵礦物幾乎完全由中國控制。另一個大挑戰是如何在有限空間內增加電池容量,進而提升鈉離子電池的競爭力,使其與鋰離子電池競爭。
鈉離子電池最終能否成為鋰離子電池在汽車領域可行的替代品,也取決於其他相關技術的進步。 Lucid Motors執行長 Peter Rawlinson表示,隨著汽車技術的持續演進,未來搭載更小電池組的電動車可能達到與目前大電池組車型相同的續航里程。
莫斯伯格認為,要實現這個目標,不僅需要科學研究,還需要政策支持。例如,如果美國對進口中國商品實施廣泛關稅,Peak Energy可能會受到影響,除非鈉離子電池能獲得明確的關稅豁免。儘管外界擔憂下一屆政府的政策可能阻礙美國下一代能源技術的發展,莫斯伯格仍保持樂觀。
他說:「在與下屆政府的交流中,我們了解到,兩黨對能源安全等同於國家安全的看法基本上一致。無論是透過《通貨膨脹削減法案》,或是關稅策略,目標都是為美國的新興企業提供成長空間,使其能夠發展成為具有全球競爭力的企業。