胖子鈉電池第一篇文章靠著標題成功預言，逆襲了固態電池文章，兩天衝幾十萬瀏覽量。大概因為受到市場歡迎，我特別注意到現在媒體在談電池技術時，多已經開始使用行內人的邏輯結構與語言，有時看到媒體寫的文章用字，都覺得有熟悉感。作為一個材料人，我蠻相信人們終究會發現，「我們每個人的身上都有1%的綠學院」，談論跟技術有關的專業時，一定要談邏輯而不是談感情。
鈉電池的技術與材料路線：主要材料也是正極、負極、電解液、隔離膜
今天我們繼續不藏私與你分享鈉電池的技術與材料路線。跟鋰電池、鉛酸電池一樣，鈉電池主要材料也是正極、負極、電解液、隔離膜。因為預期鈉電池將取代鉛酸電池的應用場景，也將挑戰電動車、儲能系統使用的鋰電池，這三者彼此競合，因此，我用下表整理這三者的材料異同。
| 材料 |
鈉電池 |
鋰電池 |
鉛酸電池 |
| 正極 |
層狀氧化物 |
聚陰離子型 |
普魯士藍 |
鈷酸鋰 |
磷酸鐵鋰 |
鋰三元 |
二氧化鉛 |
| 負級 |
碳基材料 |
天然石墨(NG) |
鉛 |
| 人造石墨(AG) |
| 電解液 |
鈉、溶劑 |
鋰、溶劑 |
硫酸、蒸餾水 |
| 隔離膜 |
PE/PP/複合材料 |
PE/PP/複合材料 |
PE/玻璃纖維/複合材料 |
| 應用場景 |
預期將取代鉛酸電池的應用場景，也將挑戰電動車、儲能系統使用的鋰電池 |
3C產品 |
電動車、儲能系統 |
電動車、儲能系統 |
汽機車的啟動電瓶、工業用備用電源如工廠緊急照明、不斷電系統等 |
（表一）鈉電池、鋰電池與鉛酸電池主要材料比較表
資料來源：顏文群整理
鈉電池正極材料路線有三種，預測最後將是各擁其主
根據成本及應用場景需要的充放電速度，鋰電池不同的正級材料用於不同的應用場景，而鈉電池目前有三種正極材料路線，分別是層狀氧化物、聚陰離子型、普魯士藍，還沒有形成行業共識。目前實在很難看出哪個正極材料將一統江山，因此只要條件許可，公司的策略大概都是全壓，小孩子才做選擇，大人我全都要！
（圖一）鈉電池不同的正極材料路線與鋰電池的戰力表
資料來源：顏文群整理
我預測鈉電池的正極材料最後將是各擁其主，因為這幾個正極材料的成本都有機會大幅下降，所以只要產品到市場階段處理得宜，都有機會分到蛋糕。
鈉電池負極材料路線有五種，預期將由碳基材料出線
鈉電池的負極材料目前有五種路線：碳基材料、鈦基材料、合金材料、有機化合物及其他，其中碳基材料的技術成熟度最高，最有機會出線，率先實現量產。
鈉電池製造過程中，不使用石墨作為負極材料，減少製備石墨時需要的3,000度超高溫製程，大幅減少能耗，自然降低碳排放，相比起鋰電池更環保。不過碳基材料不就是石墨嗎？有什麼不同？
鈉電池的原理：選用碳基材料讓鈉電池勝出
碳是一種收放自如的元素，可以靠燒製的製程擠出很多「座位」，增加電池能量密度。碳源的排列是沒有規則性的，當你用幾百度去燒製時，就可以成為無定型碳，這就是鈉電池在使用的碳基材料。無定型碳的座位沒有那麼多，通道還算大，比較胖的鈉可以通過。比較瘦的鋰，則可以通過進一步把無定型碳燒製成很有規則性、座位更擁擠的石墨，從而得到更高的能量密度。
（圖二）不同溫度下碳的物理形狀
資料來源：顏文群
從胖子鈉電池的故事中我們學到，一個人的潛力不是你表面上看到的這樣，一個人真正的對手也不是你表面上看到的那樣，即使在經濟衰退的悲觀預期氛圍下，仍要保持自信，別把自己玩小了。
（本文協同作者為劉烈凱，現任榮炭科技研發經理）
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（封面來源：iStock）