摘要：多年来，大批电池工程师及其支持者一直在寻求制造比占主导地位的锂离子技术更便宜的电池，希望能从锂离子电池每年 500 亿美元且不断增长的市场中分得一杯羹。在 COVID 引发的矿产供应链挑战导致锂价格飙升后，研究人员、初创公司和风险投资家的最新宠儿竞争者——钠离

斯坦福大学和 SLAC 的一项新的能源技术分析计划 STEER 首次对钠离子电池及其锂离子电池竞争对手的市场和供应链结果进行了全面分析。

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多年来，大批电池工程师及其支持者一直在寻求制造比占主导地位的锂离子技术更便宜的电池，希望能从锂离子电池每年 500 亿美元且不断增长的市场中分得一杯羹。在 COVID 引发的矿产供应链挑战导致锂价格飙升后，研究人员、初创公司和风险投资家的最新宠儿竞争者——钠离子电池——受到了广泛关注。尽管如此，根据《自然能源》杂志上的一项新研究，钠离子电池可能需要几年时间才能实现低成本竞争者，并且需要技术进步和有利的市场条件。

与锂离子电池相比，钠离子电池通常被认为具有更低的成本和更有弹性的供应链。尽管潜力巨大，但钠离子电池仍然面临着艰苦的斗争。它们每磅容纳的能量往往低于锂离子电池。因此，除了材料价格可能降低之外，钠离子电池的每单位储能成本仍然较高。这可能会限制广泛的商业采用——除非能够首先取得研究突破。

该研究强调了最肥沃的进步领域，第一个是斯坦福大学杜尔可持续发展学院的 Precourt 能源研究所和 SLAC-斯坦福电池中心之间的新合作伙伴关系。新计划 STEER 评估新兴能源技术的技术和经济潜力，并为能源转型提供“建设什么、在哪里创新以及如何投资”的建议。这项新研究评估了 6,000 多种情景，以测试其钠离子电池竞争潜力路线图的稳健性。

“锂离子电池的价格在 2022 年首次上涨，这为可能需要替代品敲响了警钟。钠离子可能是锂离子电池最引人注目的近期挑战者，许多电池公司宣布了大规模扩建钠离子制造的计划，有望提供比现有电池更低的价格，“该研究的主要作者、STEER 的创始人和团队负责人 Adrian Yao 说，该研究于 2023 年 10 月在美国能源部三个办公室的支持下开始。

“我们认识到，钠离子电池是否、何时以及如何在价格上削弱锂离子电池在很大程度上是投机性的，特别是考虑到锂离子电池的价格持续下跌，”博士生姚说，他在担任一家锂离子电池初创公司的创始人和首席技术官八年后重返学术界，现在生产大型、 商业规模。

Yao 的博士联合导师是这项新研究的资深作者和 STEER 的联合主任：Sally Benson，Doerr 可持续发展学院能源科学与工程系的 Precourt 家庭教授;以及工程学院材料科学与工程副教授 William Chueh、SLAC 光子科学副教授以及 Doerr 学院能源科学与工程副教授。

Benson 说：“这项钠离子研究是推出 STEER 的完美承诺，作为一种新方式来指导研究和投资朝着最值得追求的技术路线图发展，也许更重要的是，远离那些不太可能成功的路线图。

“STEER 方法的一部分是在研究之前、期间和之后深入参与行业，”本森说，他于 2021 年至 2023 年担任白宫科技政策办公室能源转型的首席战略师。

“认识到对速度的需求，我们发布了公开预印本，征求并实施了反馈，以确保行业相关性，尤其是来自可充电电池、电动汽车和其他基于电池的设备制造的从业者的反馈。他们的反馈至关重要，“Benson 解释说。

为了让电池在价格上竞争，特别是与被称为磷酸铁锂的低成本锂离子电池相比，该研究强调了钠离子电池开发商的几条关键路线。最重要的是在不使用关键矿物的情况下提高能量密度。具体来说，开发人员应以磷酸铁锂的能量密度为目标，同时远离镍。目前，大多数领先的钠离子设计都依赖于这种相对昂贵的金属。

Chueh 说：“不过，我们的主要目标不是预测我们预期价格平价的具体年份，而是揭示各种市场情景对竞争技术可行性的影响。

“作为技术人员和投资者，我们不能假设一旦设备进入商业生产，规模经济总是会导致价格暴跌。是的，会有一个学习曲线，但在这里我们量化了这条曲线，并表明它本身是不够的，“Chueh 说，他也是 Precourt 能源研究所的主任。“工程进步可能会比简单地扩大生产更能降低钠离子电池成本。”

是的，会有一个学习曲线，但在这里我们量化了这个曲线，并表明它本身是不够的。

郑伟林斯坦福大学副教授、STEER 联合主任

研究人员表示，这样的进步和新的电池化学成分通常值得追求。美国能源部 2022 年储能供应链分析指出，电网储能系统的多样化技术可以提高整体供应链的弹性。由于全球向可持续能源过渡需要更多的储能，因此继续如此严重地依赖锂离子电池将带来安全、经济和地缘政治风险。例如，该研究模拟了如果石墨发生供应冲击，钠离子的竞争力将如何加速——石墨是锂离子电池中使用的关键材料，中国控制着全球 90% 以上的供应。事实上，从 2024 年 12 月 3 日开始，中国开始大幅限制向美国出口石墨，同时还禁止出口其他三种关键矿物。

该研究还确定了可能损害钠离子与锂离子竞争的市场力量和供应链条件。例如，如果锂价格继续保持在目前的历史低点附近，钠离子将在未来十年内成为具有价格优势的技术路线。

“我们从行业从业者那里学到的一个关键事情是，虽然电池价格很重要，但技术只能在系统层面取得成功，例如电动汽车或电网规模的电池储能系统。这就是为什么我们现在正在扩大我们的范围以提供更全面的视角，包括了解安全成本和其他系统考虑因素，“Yao 说。

左起：研究作者 William Chueh、Sally Benson 和 Adrian Yao。|吉姆·根斯海默

STEER 已开始将其方法应用于其他技术领域。其研究人员正在检查前面提到的、经常被忽视的关键矿物——石墨的供应链。今年 9 月，行业高管和能源部领导人在华盛顿特区的一次圆桌会议上就应该提出和回答的正确问题提出了建议。该研讨会包括 40 多个行业组织，将从矿业公司到汽车制造商的价值链，以及根据《两党基础设施法》获得资助的每家石墨制造商拼接在一起。

“由于我们在行业、政府和其他研究机构的合作者，STEER 能够确定最有可能为能源转型做出贡献的路径，以及那些可能一无所获的道路，”Benson 说。“我们的团队结合了商业部署经验、技术路线图和系统思维。”

STEER 团队还计划分析长期储能和其他能源转型领域的技术路线图，例如氢气和工业脱碳。

来源：陈讲运清洁能源