过去十年的大部分时间里，钙钛矿一直被宣传为太阳能电池板的未来，但其商业化进程缓慢，只有少数制造商愿意试运行中试产线。在储能领域，另一项技术却朝着相反的方向发展：钠离子电池设计一经被提出可作为锂电池的替代方案，制造商便立即开始布局生产并锁定订单。

“这个过程很有意思，”ESS Inc. 首席商务官 Randy Selesky 表示。“我在这个市场深耕已久，还从未见过市场如此迅速地接纳一项技术。”

这个市场曾经最典型的代表是离网生活所用的铅酸电池；如今，若不计抽水蓄能，全球储能产业由锂电池主导，并随着电力公司安装电池、将白天的光伏和风电发电量转移到晚间高峰时段而快速扩张。在锂电池份额中，磷酸铁锂（LFP）已成为电网级和户用领域安装量最大的化学体系，占 2023 年全球新增电池储能的 80%——这种化学体系于 20 世纪 90 年代由得克萨斯大学奥斯汀分校率先研发，随后其制造在中国实现规模化。尽管锂电池推动了行业扩张，但其部分特性仍是限制因素。

尽管磷酸铁锂电池比早期锂化学体系安全得多、也更不容易发生热失控，但某些应用仍无法接受其火灾风险。锂电池还需要在较窄的温度区间内才能发挥最佳性能，而运行制冷机组和风扇所需的辅助电力可能使某些地区的项目在经济上不可行。此外，锂供应链由中国主导，这使得建立完全本土化的储能供应链困难重重。

钠离子电池并非新发明。早在 20 世纪 80 年代，这种化学体系就在研究实验室中被探索过，后来锂离子电池的商业成功使其被边缘化，并长期处于沉寂状态，直到全球最大的电池制造商宁德时代（CATL）于 2021 年发布其第一代钠离子电芯。此后，钠离子电池包已在中国销售的小型城市电动车上实现量产，其中包括汽车制造商江淮汽车（JAC）的车型。

钠离子电池提供了一种替代选择。钠是一种无毒元素，在地壳中储量极为丰富，也是食盐的主要成分；钠电池的制造方式与锂电池相似，可使用相同尺寸的电芯、模块和最终系统。它们的工作温度范围也很宽，从 -40°F 到 140°F 均不会出现输出衰减，因此无需暖通空调（HVAC）系统。而且由于不依赖关键矿产，钠电池制造在理论上可以设在美国、欧洲、澳大利亚或其他任何地方。

今年早些时候，摩根士丹利研究部（Morgan Stanley Research）估计，按部署量计算，钠离子电池在 2027 年的市场份额将达到 2%，随后在 2030 年升至 20%，在 2035 年达到 37%。两种化学体系——氧化铬钠（NCO）和磷酸铁钠焦磷酸盐（NFPP）——似乎将引领市场进入下一个十年。钠电芯开发商 Unigrid 的联合创始人兼首席执行官 Darren Tan 表示，NCO 能量密度更高，而 NFPP 制造成本更低，但两者均可作为锂电池的替代方案。钠离子电芯按重量计算的储能量通常低于锂化学体系，这一限制对电动汽车影响最大，而对固定式储能影响最小——在固定式储能中，体积和重量带来的代价较小，这也是电网级系统成为该技术首个主要目标的原因之一。

“新技术总能打开新市场或新应用，”Tan 表示。“当我们遇到已经在应用中使用 LFP 的客户时，我们会告诉他们做得很好，应该继续用下去，除非他们遇到了某些难题，比如功率不足、安全性不够、寿命不够长，或者需要在严寒或酷热环境中运行。这时我们才会介入，解决这些问题。”

钠离子电池市场逐渐成形

钠离子技术的前景吸引了储能市场各个领域的参与者。液流电池先驱 ESS 也已入局，将于明年发布其首个电网级钠电池设计。Selesky 表示，进军钠电池并非放弃长时液流电池，而是为公司再添一种锂电池替代方案。

“在两到八小时时长范围内，锂电池仍占 95% 的市场。这是我们见过的第一款能够与锂离子电池传统用例正面对决的产品，”他说。“我们将其视为一个冲击这 95% 市场的机会，并借助我们 14 年来在安装、集成和持续维护支持方面[积累的经验]。”

Selesky 表示，ESS 将把研发（R&D）重心转向 16 至 48 小时放电的液流电池，因为仍有许多场景需要长时储能。

“我们认为这是重振铁液流业务的绝佳机会，”他说。“身处长时储能领域，你就是在创造一个市场，而这个市场仍在形成之中。[与钠电池合作]让我们有机会搭上飞轮，真正开始源源不断地推出产品。”

ESS 将在其 1.2-MWh 交流储能系统中使用来自初创公司 Alsym 的 NFPP 电芯。总部位于波士顿的钠离子电芯开发商 Alsym 正在美国东海岸小批量生产产品，ESS 将在其位于俄勒冈州的制造基地把这些电芯组装成“Bridge”储能系统。

“[NFPP] 延续了 ESS 自创立以来一直坚持的特性——无火灾风险、安全可靠，”Selesky 说。“我们的首款产品将于 2027 年推出，随后在 2028 年底推出能量密度更高的第二代产品。这项技术的发展速度就是这么快。我已经能看到研发管线中三年后将会问世的技术。”

发展速度之快，以至于成立于 2023 年的 Peak Energy 已经在建数吉瓦时级产能。该公司有望在 2027 年年中之前开始交付其在萨克拉门托制造的 GS1 储能系统。

Peak Energy 首席科学家 Brandon Kelly 表示，公司的快速崛起正是最初计划的一部分。

“Peak 的策略是快速做出产品，而不是在实验室里研发 10 年，再推出产品去寻找市场，”他说。“市场需求非常强劲，而这一基础化学体系能够打造出更好的产品来满足这种需求——无论是产品本身、供应链，还是美国本土的能源安全。”

GS1 是一套 3.1-MWh 的 NFPP 系统，Kelly 称其“非常适合电网级储能”。Peak Energy 的核心卖点是钠电池的被动散热，这使设计中不再需要制冷机组和风扇。

“[使用制冷机组时，]会有运动部件，还有制冷剂、冷却液、滤网、风扇和大量噪音。我们能够做到这些固然很好，我也很高兴它成就了许多事情。但那些是为了让锂电池满足应用需求而不得不做的工程变通方案，”他说。“由于这一版本的钠离子电池耐温性更强，我们可以任由它运行在更高温度，同时仍能达到设计寿命。即使在我们的被动散热系统中，20 年后电池健康度（SOH）仍可保持在 85%。而锂离子电池即使配备液冷，也只在 65% 左右。使用钠电池，没有任何运动部件，维护量大幅下降。这是一种漂亮的简洁，而且从化学体系层面就已奠定。”

户用市场的发展空间

尽管储能市场的大部分关注点集中在电网级系统上，户用市场同样可以从钠电池设计中受益。

Unigrid 是一家源自加州大学圣迭戈分校的钠离子电芯研发公司，自本十年初以来一直在潜心开发这项技术。该公司最近宣布与制造商 Syntropic Power 建立合作伙伴关系，在美国生产 NCO 电池。

“它满足所有条件：循环寿命出色、安全性出色、功率表现出色、成本也出色，”Tan 在谈到 NCO 化学体系时说。“唯一的缺点是它在中国没有供应，因此无法直接从市场上采购。我们与代工厂合作开发这一新生产工艺。它的不可得也意味着我们将是唯一的供应商，这是我们的关键优势之一。”

钠离子电池的制造与锂电池生产如此相似，以至于许多锂电巨头——比亚迪（BYD）、宁德时代（CATL）和海辰储能——都在迅速改造现有锂电产线以生产钠电池。但这也意味着它们更专注于扩大电网级钠电池的规模，而这类电池通常倾向采用 NFPP 化学体系。凭借对 NCO 化学体系的专注，Tan 表示公司正瞄准竞争较少的户用储能市场。

“在中国，几乎不存在户用市场，因此中国巨头并没有主导这一领域。这也是户用电池长期以来价格高不可攀的原因，”他说。“公用事业级电池在为每一分成本激烈竞争，而[户用电池]仍要 10,000 美元以上。我们意识到，这是我们介入并改变现状的机会。钠离子电池是一次重置。”

Unigrid 开发了一款户用电池原型——9.25-kWh 的 Na+Casa，它无需外部冷却设备即可在极端温度下运行，并在 100% 放电深度下拥有超过 10,000 次的循环寿命。值得一提的是，9.25-kWh 的容量额定值是由美国国家消防协会（NFPA）的现行消防规范决定的，而这些规范尚未跟上钠离子电池的发展。钠电池仍被归入“其他”类别——而非铅酸、锂或液流类别——并被限制在 10 kWh。

单台 9.25-kWh 的容量可能低于目前户用市场上 15-kWh 的锂电型号，但 Tan 表示，钠电池在其他方面具有优势，仍然值得考虑。

“与锂离子电池不同——其成本中有很大一部分来自锂及其关键材料——钠离子电池的情况正好相反，”Tan 说。“钠离子电池的原材料成本极低，大部分成本都在制造环节。这意味着钠离子电池成本的下降空间要大得多。目前它仍高于锂离子电池，但我预计在未来五到十年内将大幅下降。”

钠电池公司或许已经在言行一致地稳步推进，而不久的将来，它们可能会一路领跑储能市场。