独家|全固态钠离子电池率先产业化进程

独家拥有西澳大利亚麦克林 （Meckering）近地表高岭土矿床的奥特克化学（Altech Chemicals），通过在马来西亚柔佛州建设和运营 4,500 吨/年高纯氧化铝，成为了99.99% (4N) 高纯氧化铝 (Al2O3) 的供应商。氧化铝材料是电池电极上很好的包覆掺杂材料。

近日， 奥特克化学公司和德国的弗劳恩霍夫协会下的陶瓷技术与系统研究所（Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS，以下简称陶系所）签署合资股东协议，准备将陶系所先进的氧化铝固态 (Sodium Alumina Solid State，SAS) 电池商业化。

在德国，有两个研究组织世界著名，一个是以研究基础科学为主的马克斯·普朗克研究所（Max Planck Society），另一个就是以专注于应用科学的弗劳恩霍夫协会。弗劳恩霍夫协会成立于1949年。也就是说，在第二次世界大战被英国，美国和前苏联彻底击垮的德国，在任何时候都没有忘记科研和教育的重要性，在战后迅速建立这样的科研机构。目前，弗劳恩霍夫协会拥有 76 个研究所和研究单位，员工超过 30,000 名。陶系所是其中之一，也是欧洲最大的陶瓷研究机构。

氧化铝固态电池针对的应用场景是电网储能市场 。电网储能（也称为大规模储能）是用于在电网内大规模储能的方法集合。我们知道，间歇性电源，如风能、潮汐能和太阳能等可再生电力，可以通过电池在生产高峰期存储能量，并在需求高峰期释放能量。

据世界知名咨询公司弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan）预计：全球电网储能市场将从 2022 年的 44 亿美元增长到 2027 年的 151 亿美元。把时间点拉长一些，增长将从 2020 年的 20 吉瓦增长到 2050 年的 3,000 吉瓦以上。这种电池的推出，正是奥特克化学公司和陶系所看准了储能市场，而推出的氧化铝固态电池也被称为“游戏改变者”。

“康桥电池能源CamCellLab”公众号 对这种先进电池进行了深入调查。 这种电池有一个陶瓷管和位于中间的正极端子，如图1所示

图1：氧化铝固态电池

固体陶瓷管是固态电解质 ，与锂离子电池中的液体电解质具有相同的功能，允许钠离子传输。陶瓷管填充有由普通食盐和镍组成的阴极颗粒。为了确保固体阴极颗粒和陶瓷电解质管之间的接触，管中充满了氯化铝钠介质。陶瓷管装在充当负极端子的钢罐中，见图 4。正极和负极端子在电池顶部，用于电子传输和连接到其他电池。每个电池的工作电压为 2.58V，一组 40 个电池安装在耐火绝缘模块外壳中。每个模块的额定功率为 10KWh 和 100 Ah。

图2：氧化铝固态电池剖面图

当电池充电时，电子从正极流向负极。盐中的钠离子（氯化钠）通过固体陶瓷电极向负极罐端子迁移。剩余的氯离子附着在镍上，在阴极介质中形成氯化镍。钠在陶瓷管外部形成熔融阳极层，与钢罐接触（见图 5），电池充满电。在放电过程中，电子回流，熔融钠被氧化成Na+离子，并通过固态陶瓷管传回形成氯化钠。氯化镍被还原成金属镍。电池的电化学反应如下：

陶系所已开发出固态技术来生产这些大型实心陶瓷管 ，这些陶瓷管具有允许快速钠离子转移的微结构。氧化铝固态电池的能量密度在110-130 Wh/kg，与当前的用于电网储能的磷酸铁锂电池不相上下。非常适合电网储能市场。

图3：充电时，氧化铝固态电池内部变化。

氧化铝固态电池 相对于现在的商用锂离子电池的优点体现在：

• 防火

• 宽温性能好，在-20-60℃都可以工作

• 不使用钴，锂等贵重金属

“康桥电池能源CamCellLab”公众号 了解到，陶系所对氧化铝固态电池的研究已经超过8年，在储能装置上已经成功的进行了测试，并且，已经在德国成功的运营了试验工厂。新建的工厂将可以每年制造100MWh的氧化铝固态电池。每个电池组额定容量为 10 KWh。成本预计在 7,000-9,000 欧元之间，也就是每千瓦时4900-6300元人民币之间。

“康桥电池能源CamCellLab”公众号认为 ：这次在全固态电池上，钠金属对锂金属的快速超车，意味着电池世界已经开启了钠金属的序幕，也许，钠离子电池也会为我们带来更多的惊喜。

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