- 鈉離子電池提供了鋰離子電池的潛在替代方案。
- SwRI 開發了電氣互換性指數（EII）來評估電池性能。
- EII 幫助製造商決定何時可替代鋰離子電池。
- 初步框架尚未確立鈉離子電池的全面替代能力。
鋰離子電池目前是現代能源儲存的支柱，為從智能手機到電動車的各種設備供電，但其高成本及不斷增長的需求促使科學家探索更便宜的替代品。鈉離子電池提供了一種可能的解決方案。然而，由於其較低的能量儲存能力和較大的重量，取代鋰離子電池並非易事。現在，西南研究院（Southwest Research Institute, SwRI）的研究人員開發了一種新方法，以確定何時鈉離子電池能滿足與鋰離子電池相同的電氣要求。
這一發展並不會促進鋰離子電池的完全替代，但可以幫助製造商在不進行不必要重新設計的情況下切換技術。
超越電池規格，鋰離子電池之所以被廣泛使用，是因為它們能儲存大量能量而不增加過多重量。然而，鈉離子電池依賴於更豐富且通常價格較低的材料，包括鈉基鹽和成本較低的電流收集器。其劣勢包括能量儲存能力較低，以及可能需要更大、更重的電池系統。挑戰在於，一種電池在某項測量中表現良好，並不一定能作為真實設備中的直接替代品。現有的比較方法通常分別檢查容量、電壓、阻抗、效率或功率能力。
這些測量有其用處，但並未確立兩種不同電池技術在相同操作條件下能否完成相同的應用特定任務。
電氣互換性指數的開發
SwRI 的研究人員致力於解決這一空白，開發了電氣互換性指數（Electrical Interchangeability Index, EII），這是一個數值框架，旨在確定不同電池技術何時能在相同應用中提供可比的電氣性能。「我們的應用感知電氣互換性指數（EII）為設備製造商和設計師提供了一個量化衡量標準，以確定兩種電池能否執行相同的工作循環，或者替代是否會妨礙性能或需要對電池系統進行更改。」
研究人員之一、SwRI 工程師 Shuvodeep Bhattacharjya 表示。
測試兩種電池技術是否能完成相同工作，該團隊進行了一項內部資助的項目，以測試鈉離子電池是否可以替代 18650 型鋰離子電池，該電池直徑為 18 毫米，長度為 65 毫米，廣泛用於筆記型電腦、電動工具及電動車。研究人員並未僅僅比較個別規格，而是測試了兩種電池在各種操作條件下的表現，並測量它們如何處理應用特定的需求，例如輸出和吸收功率。「我們確定了‘高 EII’操作區域，在這些區域，兩種電池類型表現出強烈的功能等效性，表面溫度上升、可用容量和功率能力的差異可忽略不計，而在‘低 EII’區域，則不建議進行替代。」
Bhattacharjya 說。
研究人員還評估了充放電速率、電壓限制和功率跟蹤。高 EII 區域中的可重複結果表明，兩技術在各自的操作條件下可以執行相同的任務。EII 可以幫助製造商評估鈉離子電池作為圍繞鋰離子技術設計的系統的替代或次要來源，顯示何時可以進行替代，何時需要重新設計。「這項初步工作提供了一種結構化、可驗證的方法，以評估鈉離子等新化學物質如何融入現有設計，以及在哪些情況下建議或甚至必須進行重新設計。」
SwRI 電池系統研究與創新部經理 Scott Sjovall 表示。「從商業的角度來看，SwRI 的 EII 可以支持化學物質的選擇、第二來源的資格認證及替代或混合電池技術的評估，同時減少不必要的系統重新開發。」Sjovall 補充道。
EII 的未來擴展計劃
然而，初步框架並未確立鈉離子電池可以在每個應用或其整個操作壽命中替代鋰離子電池。SwRI 計劃將 EII 擴展到其他電池化學物質、電池型式及應用領域，同時考察老化、劣化和熱管理如何影響互換性。
項目 規格 電池類型 鈉離子電池 直徑 18 毫米 長度 65 毫米
鈉離子電池的潛力與挑戰
鈉離子電池因其材料成本低廉而受到關注，但其能量儲存能力和重量的劣勢使其難以完全取代鋰離子電池。SwRI 的電氣互換性指數（EII）為評估兩者在特定應用中的可比性提供了一個新方法，這對於製造商在技術轉換時具有重要意義。儘管初步研究顯示鈉離子電池在某些情況下可行，但仍需進一步探索其在各種應用中的長期可行性。