分析：钠离子电池：欧洲可持续发展的关键

Northvolt开发了一种钠基电池，它不需要关键矿物质，可以帮助打破欧洲对中国技术的依赖。

Northvolt 庞大的电池研究设施在瑞典东部的桦树林和高大的冷杉之间是一座由木材和钢铁制成的现代立方体建筑。

这家瑞典公司的实验室构成了欧洲最大的电池研究园区。正是在这里，位于首都斯德哥尔摩西北约 100 公里处的韦斯特罗斯镇郊区的一个前工业区，非洲大陆资金最雄厚的气候技术公司之一可以书写电池的未来。

2023 年 11 月，欧洲唯一一家主要的本土电动汽车电池制造商 Northvolt 宣布在电池开发方面取得突破。

该公司通过用更便宜且更丰富的钠（一种在食盐中发现的化学元素）以及铁、氮和碳替换广泛使用的关键矿物（如锂、钴、镍和石墨）制造了首创的储能电池。“这是一项全新的技术，”Northvolt钠离子项目负责人安德烈亚斯·哈斯（Andreas Haas）在接受采访时告诉气候之家新闻。

Northvolt创新的时机让电池行业感到意外。瑞典乌普萨拉大学材料化学家丹尼尔·布兰德尔（Daniel Brandell）表示，北美和欧洲的技术路线图使这一发展比2025年之前更接近2030年。

布兰德尔说，虽然中国公司是第一个使用钠来替代电池中锂的公司，但他们通常依赖镍或钴等其他关键矿物来优化其性能。如今，中国公司正在部署的钠离子电池的详细性能和具体类型的透明度仍然有限。

然而，Northvolt 的钠电池不含矿物质。

近年来，人们越来越关注提取和提炼电池矿物对社会和环境的危害。锂、镍和钴的储量集中在少数几个国家，这使得它们容易受到地缘政治和贸易干扰的影响，并受到激烈的竞争。与此同时，中国在锂离子电池供应链中占据主导地位，控制着全球70%的锂精炼能力。

钠基电池为应对电池供应链挑战提供了解决方案，特别是对于寻求减少对中国清洁技术依赖的西方国家而言。

根据 BloombergNEF 2023 年的分析，到 2035 年，钠电池可能取代 272,000 吨锂需求，相当于当年预计整体市场的 7% 左右。

“钠离子电池的真正价值在于建立欧洲供应链的潜力，”总部位于伦敦的电池咨询公司Rho Motion的研究经理Iola Hughes说。“在美国和欧盟，与中国脱钩并建立国内供应的压力越来越大，而钠离子电池在这种转型中可能具有强大的潜力。”

今年1月，欧洲投资银行（European Investment Bank）为该公司提供了超过10亿美元的融资，理由是Northvolt有能力在亚洲以外建立第一个完全集成的循环锂离子电池生产设施。
当时，负责欧洲绿色协议的欧盟委员会副主席马罗什·舍夫乔维奇（Maroš Šefčovič）表示，电池行业具有“战略重要性，是全球竞争力的关键战场”。

他说：“我们的电池先驱Northvolt展示了欧盟有能力建立一个创新、可持续和具有全球竞争力的电池生态系统。

愿景：区域电池中心

Northvolt 的钠电池旨在存储风能和太阳能等可再生能源产生的多余电力，并在最需要时将其送回电网。

国际能源署（IEA）表示，全球储能容量需要增加六倍，才能实现到2030年全球可再生能源容量增加两倍的目标，预计电池将实现这一增长的90%。

根据国际能源署（IEA）的数据，钠电池的生产成本比锂电池便宜约30%，到2030年可能占新增容量的10%左右，此后还会继续上升。

Northvolt表示，与锂电池相比，其电池可以用当地采购的材料生产，更便宜，更可持续。

虽然美国拥有世界上92%的碳酸钠储量，但这种化学物质是地球上第六大最常见的元素——比锂丰富1000倍——并且在欧洲广泛使用。“依赖美国供应链的风险很低，”该公司告诉Climate Home。
这可以使区域电池制造中心的建立成为可能，这有助于加速新兴经济体和发展中国家的脱碳进程。

“因为我们不受地理位置的束缚，我们将不再需要依赖来自中国或南美矿山的锂。我们可以在世界各地生产这些电池，“哈斯说。

钠离子电池比锂电池具有更好的耐高温性，锂电池本质上是易燃的，钠离子电池可以通过提供廉价和安全的清洁能源存储选项，帮助加快印度、非洲和中东等极端高温地区的电气化。

几个包括跨国企业集团Reliance在内的印度公司正在努力在该国生产钠电池。乌普萨拉大学的布兰德尔告诉气候之家，通过使储能“更便宜、更容易获得”，它们可能成为印度从煤炭向可再生能源过渡的“关键”。

Northvolt表示，它将在今年晚些时候完成其第一批用于储能的钠电池原型，然后开发一条生产线来制造它们。

目的地：钠动力电动汽车

在过去的 30 年里，锂已被用于制造轻巧、紧凑但可以储存大量能量的可充电电池。

钠虽然更便宜、更丰富，但比锂更大、更重，使电池体积更大。这意味着钠离子电池储存的能量比相同尺寸的锂电池少。对于静态储能来说，这可能不是问题，但对于电动汽车来说，这可能会成为一个问题，因为大多数驾驶员都希望一次充电就能获得更多的里程。

但是，尽管钠电池的能量密度较低，而且锂的价格不断下跌，但人们对这项技术的兴奋程度仍然很高。

中国在制造清洁能源技术方面处于世界领先地位，钠基电池也不例外。目前，全球有近30家钠离子电池制造厂在运营、规划或正在建设中，其中几乎全部在中国。5月，全国首个大型钠离子电池储能站投入运营。

该国已经表明，钠电池仍然可以在道路运输脱碳方面发挥作用。今年早些时候，中国电动汽车制造商推出了专为短途旅行设计的小型钠动力电动汽车（EV）车型。

国际能源署发现，钠离子电池可用于为城市中的两轮踏板车和小型电动汽车提供动力，在这些城市中，驾驶员不需要如此长距离的自主性。

Northvolt的容量为每公斤160瓦时（Wh / kg），该公司表示其钠离子电池是市场上同类电池中性能最好的电池。然而，在它能够为长续航电动汽车提供动力之前，还需要做更多的工作。

“我们还没有为欧洲汽车市场做好准备，”哈斯说。但他补充说，几年后，Northvolt希望生产容量为180 Wh / kg的钠离子电池 - 包装的能量与远程电动汽车中使用的一些锂电池相同。

“这是第一代技术，我们看到了它的巨大潜力。但第二代会更好，“哈斯告诉气候之家。

“创造石油历史”的使命

Northvolt于2016年由特斯拉前员工Peter Carlsson和Paolo Cerutti在斯德哥尔摩创立，他们的共同目标是通过创造“世界上最环保的电池”来使电池制造更具可持续性。该公司的使命是“创造石油历史”。

“可再生能源存储是实现碳中和社会的关键，而电池是实现这一目标的关键，”Northvolt首席执行官Carlsson在2018年向欧洲投资银行（EIB）提供大量投资后告诉该公司。

欧洲投资银行的贷款用于西斯特罗斯电池研究设施的建设，该设施于次年投入使用。该工厂旨在研究和改进 Northvolt 的 Skellefteå 超级工厂的锂电池制造工艺，以便在瑞典东北部北极圈下方不远的地方进行大规模生产。

没过多久，研究就把重点放在了钠电池的开发上。

2019 年，哈斯辞去了一家德国能源公司的工作，为 Northvolt 工作，成为该公司钠离子项目的负责人，该项目是一项研究计划，旨在寻找具有成本效益的解决方案，以制造不含锂、钴或镍的电池。

Haas 与来自世界各地的工程师、化学家和研究人员团队一起，与瑞典电池开发商和 Northvolt 的研究合作伙伴 Altris 密切合作。Altris依靠诺贝尔材料奖获得者约翰·古迪纳夫（John Goodenough）和日本电池公司夏普（Sharp）的研究，在电池化学方面取得了突破，他们共同创造了普鲁士白，这种材料用于制造钠离子电池的“负极”面，也称为阴极。

“剩下的问题是能量密度和湿度控制。Northvolt进来解决了这两件事“，提高了电池的性能，使其”具有商业相关性“，Haas说。

工程师之城

基尔巴肯（Kyrkbacken）是韦斯特罗斯（Västerås）古色古香的市中心地区，鹅卵石街道两旁是色彩缤纷的18世纪房屋，与耀眼的绿色技术创新中心相去甚远。

然而，Northvolt选择在附近作为其研发中心的位置并不是为了该镇风景如画的属性。这座城市拥有丰富的技术创新和工程历史，是工业电气化和自动化领域的领导者巨头 ABB 的所在地，该公司在这座城市已有 100 多年的历史。它现在为Northvolt提供机械。

“很难高估在现有的工程、化学和当地工业生态系统中的价值，同时又足够接近斯德哥尔摩的日常通勤者，”Northvolt的首席环境官Emma Nehrenheim在参观实验室期间告诉Climate Home。

该公司的相当多的工程师都拥有韦斯特罗斯地区独特的当地特色。和这里的其他人一样，尼伦海姆称自己为“ABB的孩子”——是当地几代为公司工作的工程师的后代。

Northvolt清理电池行业的使命也帮助它吸引了全球人才。在该设施的一间员工房间里挂着一张世界地图，员工们在上面画了他们家乡的位置。至少有 110 个国家/地区的代表，在印度南部、日本、韩国和欧洲各地聚集。

Nehrenheim表示，该公司每月会收到超过10,000份工作申请。“Northvolt 是一家以目标为导向的公司，这使我们更容易在国际上招聘，尤其是那些渴望找到有意义工作的年轻人，”她说。

扩张计划

对于电池咨询公司Rho Motion的Hughes来说，Northvolt处于有利地位，可以将其钠离子蓄电池投入大规模工厂生产。

该公司已从高盛（Goldman Sachs）、贝莱德（BlackRock）、大众汽车（Volkswagen）和瑞典能源署（Swedish Energy Agency）等投资者那里获得了数十亿美元的资金，并从宝马、斯堪尼亚、沃尔沃和大众等主要汽车制造商那里获得了550亿美元的锂离子电池订单。2024 年初，Northvolt 筹集了价值 50 亿美元的债务——它将其描述为欧洲有史以来最大的绿色贷款——用于扩建其 Skellefteå 电池工厂并为其回收工作提供资金。其中包括来自欧洲投资银行的超过10亿美元。

该公司表示，今年4月，Northvolt在其位于Skellefteå的制造工厂开设了第一家生产钠离子电池的工厂，并计划在加拿大，德国和瑞典各地开设更多工厂。

然而，Northvolt的快速增长并非一帆风顺。2023 年，两名 Northvolt 员工在工伤事故中丧生。今年6月，宝马宣布取消了价值20亿美元的锂离子电池订单，原因是生产延迟意味着Northvolt无法按时交付长期供应合同。这家德国汽车制造商告诉路透社，其与Northvolt的合作重点是“开发下一代电池的目标”。当地媒体将生产延误描述为“危机”。

Northvolt告诉Climate Home，延迟不会对钠电池的发展产生影响，理由是“单独生产，还有一个独立的团队从事这项技术”。

闭合供应链循环

虽然仍处于开发的早期阶段，但 Northvolt 的钠离子电池可能成为公司可持续发展战略的关键。

该公司表示，到 2030 年，它希望将电池生产过程中的碳排放量降低 90%。目前，回收和再利用其锂离子电池的材料是Northvolt计划实现这一目标的关键。

Northvolt的首席环境官Nehrenheim表示，该公司能够回收约95%的锂离子电池材料，然后可以在其生产过程中再次使用，从而形成一个循环供应链。

到 2030 年，该公司希望其所有新电池单元都使用 50% 的回收材料生产。与锂相比，钠更容易回收，更具成本效益，可以帮助公司实现未来的回收目标。

“我们生活在一个自然资源有限的星球上。为了适应未来的需求并维持合乎道德的供应链，我们需要更多地回收利用，“Nehrenheim 说。“我们已经可以回收95%的电池材料。我们很快就会达到 100%，然后我们可以使用电池无限增长。