鈉電池的崛起：更便宜、更永續的鋰電池替代方案

「當我們思考未來的儲能解決方案時，我們應該想像同一個超級工廠可以生產基於鋰和鈉化學物質的產品。」— Y. Shirley Meng

隨著全球對能源儲存需求的快速增長，以及鋰資源日益嚴峻的開採成本和環境問題，科學家們正積極尋找更具永續性的替代方案。一篇發表在近期的科學期刊上的研究指出，科學家們在開發高效能、鈉基全固態電池方面取得了重大突破，其在功率和可靠性上可與鋰離子電池相媲美，但提供了更便宜、更永續的替代方案。本文將深入探討這項突破性進展，分析其背後的科學原理、潛在影響以及未來發展方向，希望能對台灣學術界在相關領域的研究提供參考。

鈉電池技術現況：挑戰與機遇


長期以來，鈉電池一直被視為鋰離子電池的潛在替代品，主要原因在於鈉在地殼中的含量遠高於鋰，成本也相對較低。然而，鈉離子較大的體積和較低的氧化還原電位，使得鈉電池在能量密度、循環壽命和倍率性能等方面難以與鋰離子電池相媲美。

目前，鈉離子電池主要分為液態電解質和固態電解質兩大類。液態鈉離子電池技術相對成熟，但存在安全隱患，例如電解液易燃易爆等問題。固態鈉離子電池則被認為是更安全、更具潛力的發展方向，然而，如何開發出具有高離子電導率、良好界面穩定性的固態電解質，一直是該領域的研究難點。

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芝加哥大學的研究突破：穩定的亞穩態結構

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「我們的突破在於我們實際上穩定了一種尚未被報導的亞穩態結構。」— Sam Oh

芝加哥大學的研究團隊成功開發出一種基於鈉的全固態電池，其在室溫甚至低於冰點的溫度下都能可靠運行，為該領域樹立了新的效能標準。這項突破的關鍵在於穩定了一種先前未被報導的氫硼酸鈉（sodium hydridoborate）的亞穩態結構。

亞穩態是指一種非熱力學穩定態，但具有一定的存在時間。研究團隊發現，這種亞穩態結構具有非常高的離子電導率，至少比文獻中報導的數值高一個數量級。這意味著鈉離子可以在電池內部更自由地移動，從而提高電池的充放電速度和功率輸出。

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簡化的製程：加熱與快速冷卻

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該研究團隊採用了一種成熟的技術：加熱和快速冷卻，將亞穩態結構鎖定。這種方法有助於簡化生產流程，更容易過渡到工業生產。

「由於這項技術已經確立，我們未來可以更好地擴大規模。如果你提出一些新的東西，或者需要改變或建立流程，那麼業界會更不願意接受它。」— Sam Oh

新的或複雜的製造過程，往往是新技術被業界採用的障礙。透過使用現有技術，研究團隊降低了技術轉移的風險，並為鈉電池的商業化應用鋪平了道路。

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高負載量正極：提升能量密度

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研究團隊將這種亞穩態相與氯化物基固態電解質塗層的 O3 型正極配對，從而能夠製造出厚實、高負載量的正極，進而提高電池的能量密度。

「正極越厚，電池的理論能量密度——特定區域內儲存的能量——就越高。」— Sam Oh

傳統的鈉電池設計通常使用薄正極，這限制了電池的整體能量密度。透過使用厚正極，研究團隊顯著提高了電池的能量儲存能力。

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鈉電池的未來：降低對鋰的依賴

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「這仍然是一段漫長的旅程，但我們透過這項研究完成的工作將有助於開啟這個機會。」— Sam Oh

這項研究代表了在應對鋰礦開採的稀缺性和環境破壞方面邁出的重要一步，並推進了鈉作為電池可行替代品的地位。雖然鈉電池的發展仍面臨挑戰，例如提高能量密度、循環壽命和成本效益等，但這項突破性的研究無疑為鈉電池的未來發展注入了新的動力。

我們可以預見，隨著技術的不斷進步，鈉電池將在儲能領域發揮越來越重要的作用，特別是在固定式儲能、低速電動車等對能量密度要求不高的應用場景。對於台灣的學者和研究生來說，這是一個充滿機會的研究領域，可以從材料開發、電池設計、系統整合等多個方面展開深入研究，為台灣在綠色能源領域的發展做出貢獻。要查找更多相關資訊，建議搜尋 “sodium-ion batteries”、”solid-state batteries”、”energy storage” 等關鍵字，可以找到相關的學術論文和產業報告。

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University of Chicago. (2025, October 17). Cheaper than lithium, just as
powerful — Sodium batteries are finally catching up. ScienceDaily. Retrieved
October 17, 2025 from www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251016223116.htm\n—\n Story Source:
Materials provided by University of Chicago. Note: Content may be edited for style and length.