不是，哥们儿，钠离子电池都还没搞明白，钾离子电池就来啦？最近，一款来自Group 1公司的18650钾离子电池横空出世，说是能用比锂离子电池更低的价格，把能量密度做到160-180Wh/kg。这啥概念？比亚迪的磷酸铁锂刀片电池才 140 Wh/kg 。。。
之前宣传的钠离子电池也是，能把能量密度干到 160 Wh/kg ，甚至宁德第二代 200 Wh/kg 的钠离子电池都已经在研发了。要命，难道锂离子电池马上就要被抛弃了？
诶～事情没这么简单。
首先我们得更正这个比法，“能量密度”其实有“电池包能量密度”和“电芯能量密度”两种，电池包要比电芯多个外壳，数值上自然要低不少。上面说的钠、钾离子电池是指“电芯能量密度”，而比亚迪的刀片电池一般是指“电池包能量密度”，所以不能这么比。按现在的技术水平，钠、钾离子最多也就做到和磷酸铁锂差不多的能量密度。
因为钠、钾离子的“性能”本身就不如锂离子。拿钠、钾离子做的电池，它的电压和比容量都要更低（这俩的乘积就是能量密度）。咱们首先就来看这个电压。要知道，一般车上搭载的动力电池都叫做“摇椅型电池”，因为离子会像摇椅一样在正负两极之间摇摆。。。
呃...如果这个说法太抽象，那咱们也可以把电池充放电的过程看作是上下班，正极就是出租房，负极就是办公楼，这个打工人就是金属离子，它为了电子，整天在这之间两点一线。诶，别说了，别说了，我看到我自己了。。。而之所以选锂、钠、钾作为这个天选打工人，当然是因为它们天赋异禀，骨骼清奇。有不少人说，是因为这三位之间有血缘关系，都是碱金属家族，位于化学元素表的第一列。那下一代电池闭着眼睛都猜出来了，必然是铷离子。。。
但其实真不是这么回事儿。
本质上，咱们看的还是化学性质的活泼性，比如锂、钾、钙、钠、镁、铝，它们的标准电极电势更低，说明更容易丢掉电子，拿它们做电池，电压就更高。
所以咱们也看出来了，在这些元素中间，锂、钠、钾这三位是尖子生中的尖子生，但问题是，为啥最后考上大学的就只有锂呢？
这还得再看比容量，比容量指的是单位质量里的电量（电荷数量）。也就是说，在一个块正极材料里面，锂、钠、钾粒子塞的越多，比容量就越高。
要知道，在这堆金属元素里面，锂是最瘦的，化学元素表它排第 3 号，而钠是 11 ，钾是 19 ，越高就越胖。
所以同样一间屋子，你能挤进去的锂离子必然要比钠、钾更多，它的比容量和能量密度自然也就高很多。
那钠、钾离子不就彻底没戏了？倒也不能这么说。
其实万事万物皆可“轮椅”，电池性能可不只看金属离子，更要看整个正极材料。大伙儿都知道，锂离子电池的正极材料分磷酸铁锂和三元锂，同样是锂，三元锂就比磷酸铁锂性能更好。
所以钠、钾离子也可以改变正极材料提高性能，一般来说就这三种：过度金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物。
上面说的三元锂就是第一种，磷酸铁锂是第二种，而从目前的技术方案来看，钠、钾离子都会采用第三种，普鲁士蓝类似物。
虽然名字听着怪，但普鲁士蓝类似物和前面俩兄弟一样，代表一种化合物，也就是亚铁氰化铁。如果它带两个金属离子，就会显示普鲁士蓝色，所以叫普鲁士蓝，如果带一个金属离子，就叫普鲁士白。。。
诶，没错，之前宁德的钠离子电池，用的就是普鲁士白，而钾离子电池用的是普鲁士蓝，因为实验得出这种方案的综合性能最优。
总之配合上普鲁士蓝类似物，目前的钠、钾离子电池是能做到和磷酸铁锂相近的能量密度。
但就算这样，钠、钾离子电池也很难在目前替代磷酸铁锂。
要知道，大家之所以研发它们，主要还是看在它们的制造成本更低，因为这俩货哪哪都有，比如钠元素，我家厨房能找出一堆，钾元素，则是农村的常用化肥“草木灰”。
而现在的问题在于，钠、钾电池的价格优势并不明显，因为锂价都已经跌麻了。。。
前几天就有新闻说，碳酸锂价格跌破 8 万元/吨，虽然不至于像铜、铁这么便宜，但相较前两年的 50万元/吨，已经便宜到了六分之一。
而采用普鲁士蓝类似物的钾离子电池，虽然正极材料便宜，但在隔膜、负极等材料的花费上还要比磷酸铁锂更贵，这样价格的优势就不明显了，甚至还可能比锂更高。。。
说实话，这我真有点没绷住。
而且更大的问题还在于工艺，目前的钠、钾离子电池生产一致性还比较差，能不能达到实验室的性能，还是个问题。
就拿现在已经量产的钠离子电池来说，在理论上讲它会比锂电池更安全，不容易发生自燃，但 B 站上也有 UP 主通过自制的针刺实验，发现它依然存在安全隐患（这哥们儿是真猛）。
所以至少在目前来说，钠、钾离子电池可能更适合储能，而不是咱们电车的动力电池，就算将来某天有足够技术和工艺去支撑，它们也无法代替更具性能的三元锂电池，因为材料的上限就这么多。
其实说白了，大伙儿研发各种类型的电池，不是因为锂离子不行，而是锂太少了。
因为锂元素是一种稀有金属，本身在地球的储量就很少，还都集中在南美，而且做成电池以后，锂元素也很难回收，迟早会被用完。
所以就算性能差点，咱们也要开发一种又便宜，量又多的电池，来应对未来缺锂的可能，大不了就多整点换电站嘛。
而钾离子电池的出现，主要是为了弥补钠离子电池没法用石墨负极的Debuff，所以它先替代的不是锂，而是钠。
总之不管怎么说，从目前的技术来看，钠和钾都只是锂的下位替补。它俩在未来究竟能不能有所突破，就看电池研发的兄弟能不能多给点力了。
如果真搞出来个磷酸铁锂的替代品，咱们又得换车了不是？
0 留言