关于可持续性-性能关系的观点：钠离子电池与锂离子电池的对比

在过去几十年中，储能装置（如可充电电池）迎来了新时代。然而，商业化的储能装置主要基于 Li、Co、Mn、P、Ni 和石墨等关键元素，这给工业和社会带来了可持续性担忧。然而，这些元素对于电池单元以及电极和电解质材料性能均至关重要。新的研究方向指向开发不含此类关键元素的材料，但不幸的是往往以降低性能为代价。在本文中，我们在材料层面和电池单元层面研究了锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）的可持续性与性能之间的相互联系。基于单元中的关键元素含量及这些材料相关的个体风险，评估了供应风险和环境风险等可持续性因素。虽然 LIB 单元表现出优于钠离子电池的能量密度，但其可持续性因 Li 和石墨的消耗而受损。SIBs 无法像 LIBs 那样使用石墨，因为 Na 难以在石墨结构中插层。它们使用其他碳质材料，这些材料可通过生物质可持续生产。此外，正极材料的组成显著影响 SIBs 单元的可持续性，含 P 和 V 的单元呈现显著的供应和环境担忧。采用层状钠金属氧化物正极（含 Ni 和 Mn 作为氧化还原中心）和硬碳负极的 SIBs 展现出卓越的可持续性评分。其潜在能量密度预计可匹配基于 LiFePO4（LFP）的 LIB，使其在商业应用中日益具有吸引力。