钠离子电池，未来新型储能又一方向？

科技 2024-09-09 22:10 天津

新一代钠离子nfpp体系储能项目示范电站

近日，上海璞钠能源科技有限公司作为牵头单位，揭榜2024年度上海市未来产业试验场“揭榜挂帅”新型储能领域项目，将开展“新一代钠离子nfpp体系储能电站”的开发研制，并将于2025年完成全球首座钠离子nfpp电站的示范运行，随即开启“更安全、超宽温、高倍率放电”新型储能站的商业化运营。

“储能系统的安全性在双碳达标、化石能源转型的大背景下，日益受到社会各界及国家行业主管机构的重视。电化学储能产业路线的选择，既要考虑在原料可获取的安全性和成本方面具备长期的优势，又要能解决长期使用条件下的本征安全性。这对于全球储能产业来说都是极具挑战的课题。”nfpp储能电站项目的牵头单位上海璞钠能源科技有限公司首席科学家、复旦大学教授夏永姚如是说。

高安全、长寿命和低成本的新型电化学储能技术急需突破和快速产业化

新型储能，尤其是电化学储能，是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，也是我国实现碳达峰、碳中和“双碳目标”的重要支撑。nfpp储能系统的开发与产业化，既符合国家“碳达峰”、“碳中和”重大战略目标的需求，有效加快新能源开发进程，同时又帮助减轻我国能源消费对煤炭石油天然气等不可再生能源的严重依赖，有利于从源头减少二氧化碳等温室气体排放，助力国家加快实现“碳达峰”“碳中和”战略目标。

储能市场的蓬勃发展，根据电化学储能应用场景大致可以分为三个部分：电表前端 (ftm) 公用事业规模安装尤其是发电侧和电网侧；用户侧 (btm) 商业和工业装置；和btm住宅装置。

跨国知名咨询公司麦肯锡预计：公用事业规模的电化学储能（已占新增年产能的大部分）将在未来六年中每年都保持增长29% 左右，是三个细分市场中增长最快的。2030年，电池储能系统的市场容量可能会增加5倍。到2030 年，公用事业规模的年度装机容量将达到 450 至 620 吉瓦时（gwh)，公用事业规模的电化学储能将占据当年总市场的90%，全球电化学储能全部市场需求将达到700gwh,1200亿至1500 亿美元，或1万亿人民币左右。

储能全部市场需求巨大，对于储能系统的高安全、长寿命和低成本提出了巨大的挑战。目前主流的电化学的新型储能技术，多采用成熟的锂电体系。从三元锂电到磷酸铁锂，技术不断迭代，生产工艺也得到迅速的提升。但锂离子储能站在全球应用过程中，时不时发生的爆燃事件，也不断地向日益热烈拥抱新能源转型的大众提出了巨大的问号：“人类在现有储备的技术路线，还有没有更安全、更低成本和方便使用的储能电站了呢？”

当前电化学储能的技术路线主要为锂离子电池，但受制于锂元素储量及地理分布的不足，锂离子电池原材料价格大幅波动，2022原材料碳酸锂年较2020年前价格最高增长10倍左右，一度达到50万/吨。据usgs和中国地矿局数据，全球锂矿高度集中于玻利维亚、智利、阿根廷和澳大利亚，上述国家锂资源储量占全球70%以上。我国锂资源储量占全球不到7%，且由于开采难度大，成本高，下游需求大，锂资源供应进口依赖度较高。

钠元素资源非常丰富且分布均匀易获得，没有资源“卡脖子”问题。钠离子电池相对于锂离子电池还具有低成本的特点。相对于锂离子电池，钠离子电池体积和重量能量密度较低，钠离子电池在短路情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度也低于锂电池，因此在安全测试中表现优秀。钠电池经过过充过放、短路、针刺、挤压等严格测试，都能做到不起火、不爆炸，更加安全可靠。钠离子电池受极端环境影响较弱，尤其在低温环境下性能稳定，适合在寒冷地区使用。

长期看钠离子电池势必会成为今后新型储能的重要方向

钠离子电池的发展对于缓解锂资源短缺、降低对国外资源的依赖、促进科技进步和降低能源成本等方面也具有重要意义。随着技术的进步和成本的降低，钠离子电池的商业化应用前景广阔，对电动车市场、储能市场和电力行业等多个领域将产生深远影响。

目前，钠离子电池已经进入产业化阶段，技术路线的不同主要区别于正极材料的不同，而其他的材料、辅材及电池的工艺则基本相同。目前正极材料典型的技术路线有五种：而上海璞钠能源科技有限公司则采用复合磷酸铁钠-硬炭，相较于其他四种技术路线，在安全性、循环寿命、超宽温及放电倍率上拥有明显的优势和性能。

数据分析显示，在储能应用场景下，循环寿命对储能系统的经济性有重大影响，其他还包括充放电效率和充放电深度。显然，循环寿命对电化学储能系统的经济性影响最大。璞钠的复合磷酸铁钠技术路线在循环寿命上将达到或超越磷酸铁锂，而安全性上比锂电拥有显著的提升和保障；而80%的放电深度条件下6000-10000次以上的循环寿命，90以上的充放电效率也是遥遥领先其他技术路线。璞钠的复合磷酸铁钠技术和市场目前主流的磷酸铁锂相比较，在直接原材料成本（bom）和制造成本上，都有明显的优势。另外，nfpp体系电站的超高放电倍率，对于未来电站在汽车进行快充的场景下，也具备极大的优势。

nfpp钠电池储能系统

移动储能车

另外，nfpp储能电站，可在零下45摄氏度到60摄氏度环境下正常工作，而现有的储能电站在低温环境下使用，需耗费其本身的电量进行加热；而在高温环境下，传统电站的放电效能也明显降低或工作异常。

钠离子nfpp新型储能面临的挑战

在地方政府、投资方的信心注入下，处于起步期的璞钠将走上nfpp正极材料的产能扩张之路，百吨级产线建成后市场高度认可，产品供不应求。但璞钠能源首席科学家夏永姚教授的态度是进取而不失稳健，“产能的扩张也存在两难的矛盾，如果达不到一定规模的产量，那么下游订单可能不会优先考虑我们。如果建立新产线后，但面临没有足够的市场需求，也会带来新的问题。因此，平衡产能也是一个关键点”，璞钠选择稳健的发展路径，既能让自身可持续运转，又不至于带来过重资金压力的方案，“在有销量预期的前提下，我们的产能建设是一次规划，分步实施。第一步是在年底之前先建立一万吨正极材料的产能，不会盲目一次把产能做得太大，在一万吨正极材料等产能利用率达到预期后，璞钠才会考虑进行下一轮产能建设。“

nfpp正极材料的产能扩张并不只是一个数字的决定，这个决策反映着璞钠团队对未来应用场景的分析。其中，储能是增长潜力最大的未来应用场景，在储能方面，钠离子电池拥有原料储量及成本、低温性能和安全性高等三方面优势；夏永姚认为，“钠电和锂电将是长期共存的状态”，两个产业形成互补共存，而钠离子电池在市场中能占据多少份额，则取决于产品的性价比，尤其在于成本的控制，而如前所述，基于较低的原料成本，从长期来看有充足信心，在实现量产后，理论上钠离子电池的成本将比锂离子电池低接近30%左右，从而实现市场份额上的扩张。但在目前锂电储能体系的价格处于市场低谷，对于nfpp储能系统的产业化运营形成了阶段性的挑战与压力。

只有凸显nfpp的独特性能，才能形成与锂电的差异化竞争与性能互补的关系。

璞钠与璞钠股东之一——上海机场集团的合作，“我们的产品在机场的应用场景主要有两个方面”，其一是机场内的公共交通，比如乘客摆渡车、地勤工作用车等，“这些交通工具对于续航里程可能并没有很高的要求，但对低温下的性能肯定有要求”，这就和璞钠的聚阴离子-复合磷酸铁钠技术路线的特点相当契合。其二是一些特定位置的机场可能会采用风能、太阳能等发电形式，且机场也是能源消耗重地，有比较大的潜在储能需求，“很可能成为未来双方合作的增长点”。璞钠的另一个股东申能集团本身就是一个能源企业，而中国有巨大的储能市场需求，绿色能源体系是未来能源发展的必然趋势。复旦大学作为项目的参与方之一，同负责储能系统集成及能源智慧管理任务的乐创能源公司一起，为nfpp储能站的开发提供了强大的学术和运营能力的支撑。

上海璞钠能源牵头开发的nfpp储能电站项目，通过将钠离子在上海试点区域进行首次惯量响应和一次调频示范应用，通过合建或改建方式整合为电源侧独立新型储能电站，接入电网并由电网直接调度，可提高储能利用效率和新能源消纳能力，并有效提升新能源电场电力系统频率稳定性，加快新能源并网，提高全国可再生能源开发利用水平，提升新能源（太阳能、风能等）在我国能源利用中的占比，对解决我国能源短缺问题提供重要支撑。

钠离子nfpp电池实际应用的产业化前景广阔，可以有效降低电化学储能成本，提升新能源利用的经济价值，也将大大提升储能电站长期使用的安全水平。因此建立聚阴离子正极钠离子电池储能电站十分迫切和必要，此项也是填补全球范围内钠电聚阴离子nfpp储能站的行业空白，示范效应明显。

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