在過去十年中，鈣鈦礦長期被視為太陽能板的未來，但商業化進展緩慢，只有少數製造商願意測試試產線。在儲能領域，則有另一項技術朝著相反方向快速前進：鈉離子設計一被提出作為鋰電池的替代方案，製造商便開始建置產能並取得訂單。

「這很有趣，」ESS Inc. 首席商務官 Randy Selesky 表示。「我在這個市場待了很久，還沒看過市場對某個東西反應得這麼快。」

對於一個過去最常以離網生活用鉛酸電池來描繪的市場而言，如今的全球儲能產業在排除抽蓄水力後已由鋰電主導，且隨著公用事業部署電池把白天的太陽能與風電移轉到傍晚尖峰時段，市場仍在快速擴張。在鋰電市場中，磷酸鐵鋰（LFP）已成為電網級與住宅應用中安裝量最高的化學體系，占 2023 年全球新增電池儲能的 80% —— 這種化學體系最早於 1990 年代在德州大學奧斯汀分校開發，之後才在中國擴大製造。雖然鋰電池推動了產業擴張，但其部分特性仍然受限。

儘管 LFP 電池比更早期的鋰化學體系安全得多，也較不容易發生熱失控，但某些應用仍無法承受其火災風險。鋰電池也最適合在狹窄溫度範圍內運作，而維持冷卻機與風扇所需的輔助電力，可能使某些地區的專案難以獲利。此外，中國主導鋰供應鏈，使建立完全本地化的儲能供應鏈變得困難。

鈉離子並不是新的發明。早在 1980 年代，研究實驗室就已開始探索這種化學體系，之後被鋰離子商業化的成功邊緣化，直到全球最大電池製造商 CATL 於 2021 年推出第一代鈉離子電池芯後才重新受到關注。此後，鈉離子電池包已進入中國銷售的小型城市電動車量產階段，其中包括汽車製造商 JAC 的車型。

鈉離子提供了一種替代方案。鈉是一種無毒元素，地殼中含量極為豐富，也是常見食鹽的核心成分；以鈉為基礎的電池可採用與鋰電池相似的方式製造，使用相同尺寸的電芯、模組與最終系統。它們也能在從 -40°F 到 140°F 的寬溫度範圍內運作而不降低輸出，因而不需要 HVAC 系統。由於不依賴關鍵礦物，鈉電池製造理論上可設在美國、歐洲、澳洲或其他地區。

Morgan Stanley Research 今年稍早估計，鈉離子電池在 2027 年的部署市占率將達 2%，到 2030 年升至 20%，2035 年則達 37%。兩種化學體系——鈉鉻氧化物（NCO）與鈉鐵磷酸焦磷酸鹽（NFPP）——似乎正領先市場邁向下一個十年。Unigrid 鈉電芯開發商共同創辦人兼執行長 Darren Tan 表示，NCO 具有較高能量密度，而 NFPP 的製造成本較低，但兩者都能作為鋰電池的適當替代方案。鈉離子電芯的重量能量密度一般低於鋰化學體系，這項限制在電動車中最重要，在固定式儲能中則影響較小，因為體積與重量的代價較低——這也是電網級系統成為這項技術首要大市場的原因之一。

Tan 表示：「新技術總是會開啟新市場或新應用。當我們遇到已經使用 LFP 的客戶時，我們會告訴他們，他們做得很好，應該繼續使用，除非他們有某些挑戰，例如功率不夠、安全性不夠、壽命不夠長、需要在寒冷或極端高溫下運作。那時候我們就會介入解決這些問題。」

鈉離子市場逐步成形

鈉離子技術的前景已吸引儲能市場各方企業加入。流動電池先驅 ESS 也表現出興趣，並將於明年推出其首款電網級鈉電設計。Selesky 表示，進入鈉電並不是偏離長時儲能流動電池的路線，而是為公司產品線增加另一種鋰電替代方案。

「鋰電仍占市場的 95%，而且集中在 2 到 8 小時這個區間。這是我們看到的第一個能與鋰離子傳統用途正面競爭的產品，」他說。「我們認為這是搶攻 95% 市場的機會，並運用我們 14 年來在安裝、整合與持續維護支援方面的經驗。」

Selesky 表示，ESS 將把研發重心轉向 16 至 48 小時放電的流動電池，因為長時儲能仍有許多必要的應用場景。

「我們認為這是重整鐵流電池的絕佳機會，」他說。「當你做的是長時儲能，你其實是在創造一個市場，而這個市場仍在形成中。[與鈉合作]讓我們有機會搭上這個飛輪，真正開始推出產品。」

ESS 將在其 1.2-MWh AC 儲能系統中採用來自新創 Alsym 的 NFPP 電芯。總部位於波士頓的鈉離子電芯開發商 Alsym 正在美國東岸少量生產產品，而 ESS 會在其位於俄勒岡州的製造基地將這些電芯組裝為名為「Bridge」的儲能系統。

Selesky 表示：「[NFPP]延續了 ESS 自創立以來的特性——沒有火災風險，而且安全。我們的首次上市時間是 2027 年，接著在 2028 年底還會推出第二代產品，提升能量密度。這就是這項技術前進得有多快。我已經能看到三年後研發部門會推出什麼。」

技術發展如此迅速，以至於一家成立僅三年的公司已經開始建立多吉瓦時級製造能力。Peak Energy 成立於 2023 年，並計劃在 2027 年中期開始交付其於 Sacramento 製造的 GS1 儲能系統。

Peak Energy 的大型鈉電池。Brandon Kelly，Peak Energy 首席科學家表示，公司的快速崛起本就是原本計畫的一部分。

「Peak 的做法是盡快把產品做出來，而不是在實驗室裡做 10 年，再推出產品並試著找市場，」他說。「市場需求很強，而基礎化學體系讓我們能做出更好的產品來滿足這種需求——不只是產品本身，還包括供應鏈，以及美國本土的能源安全。」

GS1 是一套 3.1-MWh 的 NFPP 系統，Kelly 稱這種化學體系「非常適合電網級儲能」。Peak Energy 的核心賣點是鈉電池的被動冷卻設計，將冷卻機與風扇從系統中移除。

「[有了冷卻機，]就會有運動部件、冷媒、冷卻液、濾網、風扇、大量噪音。能做到這些很棒，我也很高興它能促成很多事情。但這些都是為了讓鋰電池符合應用而必須做的工程補救，」他說。「因為這個版本的鈉離子對溫度更有耐受性，我們可以讓它更熱一點，仍然能達到壽命要求。即使在我們的被動系統中，20 年後仍可維持 85% 的健康狀態。鋰離子即便有液冷，約只有 65%。而且鈉沒有任何運動部件，維護量大幅下降。這是一種很美的簡潔，從化學層級就已經決定了。」

住宅市場也有空間

雖然儲能市場大多數關注點都放在電網級應用，但住宅市場也能從鈉電設計中受益。

Unigrid 是一家源自加州大學聖地牙哥分校的鈉離子電芯研發公司，自本世紀初以來一直默默開發這項技術。該公司近日宣布與製造商 Syntropic Power 合作，在美國生產 NCO 電池。

Tan 形容 NCO 化學體系「全部都符合要求。它有很好的循環壽命、很好的安全性、很好的功率和很好的成本。」他說：「唯一的缺點是它在中國買不到，所以你不能直接在市場上買到。我們與鑄造廠合作來開發這套新的生產流程。它無法取得也意味著我們將是唯一供應者，這是我們的關鍵優勢之一。」

Unigrid 測試 NCO 電池。來源：Unigrid

鈉離子製造與鋰電池生產如此相似，以至於許多主要鋰電玩家——BYD、CATL、Hithium——都正在迅速調整既有鋰製造產線以生產鈉電設計。但這也意味著他們更集中於擴大量產電網級鈉電池，而這類產品通常偏好 NFPP 化學體系。由於 Unigrid 聚焦 NCO 化學體系，Tan 表示公司正把目光放在競爭較不激烈的住宅儲能市場。

「在中國，沒有住宅市場這回事，因此中國的大型玩家不會主導這個領域。這也是住宅電池歷來價格高昂的原因，」他說。「你會看到公用事業級電池在拼每美元幾分錢的競爭，而住宅電池仍然要價 10,000 美元以上。我們意識到，這是我們介入並改變現狀的機會。鈉離子是一個重設。」

Unigrid 已開發出住宅電池原型 9.25-kWh Na+Casa ，可在極端溫度下運作而不需外部冷卻裝置，並在 100% 放電深度下具有超過 10,000 次的循環壽命。特別的是，9.25-kWh 的容量標示是由目前尚未跟上鈉離子發展的美國國家消防協會現行防火法規所決定。鈉電池目前仍被歸類為「其他」類別，而非鉛、鋰或流動電池，因此容量上限為 10 kWh。單一機組 9.25-kWh 的容量可能低於目前住宅市場上的 15-kWh 鋰電模型，但 Tan 表示，鈉電池在其他方面表現突出，仍值得考慮。

Tan 表示：「與鋰離子不同，鋰與其關鍵材料占了成本的大部分；鈉離子則完全相反。鈉離子的原材料成本極低，大部分[成本]來自製造。這意味著鈉離子成本下降的潛力更大。今天它仍比鋰離子高，但我預期在未來 5 到 10 年內會大幅下降。」

鈉電池公司或許已經在身體力行，但不久之後，它們也許就會在儲能市場上全面領先。