【原创】走近钠离子电池研发公司:Faradion


来源:中国粉体网   波德

[导读]  2010年后,国内外涌现了几十家研究钠离子电池的公司。其中,由于国内所能查阅到的国外钠离子电池的研发公司资讯较少,绝大多数仅对其名字和研发产品一笔带过。在介绍过美国的Natron Energy公司之后,本文将详细介绍英国的一家钠离子电池研发公司:Faradion。

中国粉体网讯  钠离子电池是一种二次电池,近年来在新能源储存与转换领域引起了广泛关注。事实上,钠离子电池最早在20世纪80年代初便受到关注,但是由于锂优异的电化学性能,钠离子电池尚未得到广泛研究与应用。现今,随着电动汽车和智能电网时代的到来,锂资源的短缺将成为制约锂离子电池发展的重要因素,因此迫切需要开发综合性能优异的下一代储能电池系统。钠和锂属同一主族,理化性质相似,而钠资源丰富,成本低廉,因此钠离子电池是非常有前途的电池系统。


2010年后,国内外涌现了几十家研究钠离子电池的公司。其中,由于国内所能查阅到的国外钠离子电池的研发公司资讯较少,绝大多数仅对其名字和研发产品一笔带过。在介绍过美国的Natron Energy公司之后,本文将详细介绍英国的一家钠离子电池研发公司:Faradion。



1.公司概况

Faradion于2011年由Jerry Barker博士、Chris Wright博士和Ashwin Kumaraswamy创立,旨在开发钠离子技术并将其推向市场。Faradion发展出了一个战略性的、广泛的和延展性的知识产权组合,包括涵盖钠离子技术的总共21个专利家族。与研究水系钠离子电池的Natron Energy不同,Faradion研发的是有机液体电解质的钠离子电池。与其他竞争的钠离子电池公司相比,Faradion在钠电池方面拥有更多的专利,可以巩固其作为非水系液钠离子电池市场领导者的地位。


2.公司使命

与Natron Energy将高安全性列为研发的首要目标不同,Faradion对成本能量密度十分重视。公司旨在提供更便宜、更清洁的能源,为关键应用(如偏远地区的运输、存储、备份电源和能源)提供高性能、安全和经济高效的电池解决方案。最终目标是以铅蓄电池的价格提供锂离子电池的性能


3.公司产品与技术

Faradion研发的钠离子电池为层状金属氧化物/硬碳的有机电解液体系,优先开发低成本高能量密度的电池。电池性能数据如下:


3.1 电池基本数据

可用电压范围:0~4.3V。可以充放电到0V进行存储和运输。

能量密度:原型电池提供超过 140 Wh/kg 的能量密度,10Ah 软包电池的设计性能为 155 Wh/kg。

放电速率:循环速率的示例范围为 2C(0.5 h)到 C/10(10 h)。

循环寿命:周期寿命从数百到数千个循环周期不等,具体取决于放电深度和充放电条件。

能量效率:5小时的放电条件下,循环能效为92%,远大于铅蓄电池的70%。

工作温度:在-20℃~60℃范围内工作可以表现出最高的能效和寿命。


3.2 电池安全性能

锂离子电池运输的危险性是有据可查的,不能排出低于30%的实际容量,因此电池货物必须以相当的安全成本进行空运。然而,钠离子电池可以完全排出到0V,类似于电容器。在此状态下,消除了短路导致热失控的可能性。Faradion正在与运输部和联合国危险品运输专家小组委员会合作,为钠离子电池的测试和运输需求制定框架。


图:0V(0%容量)下钠离子电池的热输出,以及在相同条件下满电的锂离子电池(100%容量)的热输出对比。锂离子电池产生的热量是钠离子电池的15倍以上。


 

图:钠离子电池的针刺实验结果。没有明火和燃烧痕迹,证明通过安全实验


3.3 成本

钠离子电池能以铅蓄电池的价格提供锂离子电池的性能。作为众多锂离子电池类型的商品组件之一的钴的价格在2017年增长了129%,这是锂离子电池需求上涨的直接结果。Faradion的钠离子电池不使用锂、钴或铜,因此与锂离子电池不同,这些材料的价格变化不受影响。Faradion的钠离子电池技术预计成本比锂离子电池低30%。这是通过:使用高度丰富的钠作为电池中的离子;活性材料中缺少昂贵的钴;现成的节点材料;廉价的电解质;两个电极均使用铝箔集流体来实现的。此外,钠离子电池的五小时循环能效为92%,而铅蓄电池的能效为70%左右。这意味着,对于相同的能量输入,钠离子电池能比铅蓄电池提供22%以上的能量。


4.公司专利情况

Faradion已经开发了一个战略性、广泛性和广泛的知识产权组合,涵盖了钠离子电池技术的许多方面。知识产权组合包含一些共同持有的专利,包括21个现有专利家族(包括8个授予的专利),专注于钠离子技术的三个关键领域:

1) 电池材料:包括正极、负极和电解质材料和制备方法

2) 电池基础设施

3) 电池安全和运输


 

图:Faradion专利一览


5.公司产品运用

1)固定储能

钠离子电池非常适合在宽温度范围内进行固定存储应用,这要归功于其无论从质量和体积上的高能量密度。应用程序可以包括:住宅和工业仓储;电信用备用电源;远程应用和地点(包括离岸)的备份电源或存储。


钠离子电池可在0V下运输的能力意味着它们可以用于偏远地点和应用,包括近海,在那里运输电池受到限制或危险。Faradion正在与创新英国资助的可再生能源低成本存储项目合作伙伴合作,以展示钠离子电池技术在太阳能存储方面的应用。


2)交通运输

钠离子电池是铅蓄电池的极好替代品,用于电动汽车、电动滑板车或电动自行车的低成本电动运输,以铅蓄电池类似的价格提供更大的范围和承载能力。它们还具有做 S-L-I(启动照明点火)12V 电池或 MHEV(温和混合动力电动汽车)中的 48V 电池的潜力。这是因为钠离子电池的能量密度高于铅酸电池,而且在宽温度范围内性能也有所提高。


Faradion正与其他人合作,在创新英国资助的电动汽车钠离子电池和汽车电力应用钠离子电池项目中展示钠离子电池在汽车领域中的应用。当Faradion与威廉姆斯高级工程公司和牛津大学合作推出电动自行车电池演示器时,展示了世界上第一辆钠离子电池驱动的车辆。


6.公司重要动向节选

1)2021年7月10日,AceOn公司已获得英国创新计划100万英镑的资助,以加快其移动太阳能存储单元的开发工作。AceOn新设计的产品将使用Faradion的钠离子电池,这是Faradion的技术首次在撒哈拉以南的非洲商业使用。

2)2021年4月22日,印度主要智囊团Bridge的一份新报告强调Faradion是英国和印度之间密切能源部门合作的一个成功例子,将Faradion确定为一家高潜力的清洁技术公司。

3)2021年3月10日,总部位于英国的电池制造商AMTE Power和Faradion宣布合作,将Faradion的知识产权与AMTE Power的设计和制造能力相结合。此次合作为 AMTE Power 颁发了用于制造和销售钠离子电池的定义使用领域和地域的许可证,用于能源存储解决方案 (ESS)。这种伙伴关系使钠离子电池技术能够纳入一系列可再生能源应用,包括住宅能源储存、商业微电网、风力涡轮机和潮汐能储存。Faradion的专利技术具有高度可扩展性,因为它可以利用AMTE Power现有的锂离子电池制造设施。

4)2021年2月25日,Phillips 66 (NYSE: PSX) 和Faradion启动技术合作,以开发低成本和高性能负极材料的钠离子电池。硬碳是电池的首选负极材料,预计此次合作将结合Phillips 66开发特种碳材料的经验和Faradion作为钠离子电池技术领导者的工作。

5)2020年6月3日,Faradion宣布与印度基础设施物流技术公司(IPLTech)建立新的合作伙伴关系,其高能钠离子电池用于印度市场商用车。

6)2020年4月20日,Faradion宣布已收到澳大利亚ICM公司的第一批高能钠离子电池订单,供澳大利亚市场使用。

7)2019年8月30日,随着全球对日益高效的电池存储解决方案的需求持续飙升,包括Faradion的10家创新的英国电池技术和电动汽车供应链开发商将于下月在北美英国政府展馆展示英国在电池技术开发方面如何引领世界。

8)2019年8月28日,Faradion宣布入选2019年深科技峰会的顶级深科技公司。

9)2019年6月13日,Faradion跻身四大电动汽车电池初创公司(共600家)。

10)2016年3月1日,Faradion与AGM电池公司合作,旨在推动钠离子电池商业化。


7.总结

可以看出,Faradion是一家注重能量密度和成本的钠离子电池公司,也是使用有机电解质材料的钠离子电池的世界领头人之一。其主要生产的钠离子电池已经初步实现商业化。其生产的钠离子电池,成本较低,能量效率高,原料来源广,甚至能量密度也能够令人满意(能达到Natron Energy生产的钠离子电池的三倍多)。但有得必有失,相比Natron Energy的钠离子电池,Faradion由于采用了有机电解质材料,电池的安全性以及环境友好程度势必会下降。同时,与Natron Energy超过五万次的循环寿命相比,Faradion的钠离子电池数百到数千次的循环寿命也显得不够好。从公司动向可以看出,Faradion公司很受英国政府的看重,与其他公司的合作频繁,在新电池初创公司中扮演着重要的角色。


参考来源:

1.Faradion官网. https://www.faradion.co.uk/

2.陈建文,刘勇来. 钠离子电池专题报告



(中国粉体网编辑整理/波德)

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