之所以能量密度较低,是在于产生的化学反应不同。前面提到在锂-空气电池中,锂与氧气发生反应产生的是过氧化锂(Li2O2),但是钠-空气电池中,钠与氧气反应只使用了一个电子,产生的是超氧化钠NaO2,而不是过氧化钠Na2O2。相比较而言,钠-空气电池能够产生的能量密度从理论上来说就减少了一半,理论的能量密度上限是1100wh/kg。
但从另外一个方面来说,钠-空气电池的充电效率要比锂-空气电池更高,过压相当低,还不到20mV(锂为700mV)。有鉴于此,能够将电池单元的工作电压降低到3V,这样电池内部其他组件的自我消耗能够降低很多,比如说电解液。我们通过实验对其进行了测量,并得到了验证。这样的好处在于电池的稳定性相当高,在50次充放电循环之后,电池的容量几乎没有改变。
钠-空气电池的商用同样存在一些挑战。比如,钠-空气电池在发生反应时消耗掉的氧气是锂-空气电池中的两倍,相当于能够产生同样功率的活塞发动机所需要的空气量。另外,钠金属的化学活性相当高,想必很多人都记得在高中课堂上化学老师做的演示,一小块钠扔进水里,就会发生剧烈的化学反应。
不过,锂是一种稀有金属,而且并不便宜。但是钠却是常见金属,成本极低。相同尺寸的钠-空气电池中材料的成本还不到锂-空气电池中的十分之一。虽然从长远角度考虑,锂-空气电池将会有更好的性能,但是综合考虑稳定性与成本,比能量同样不低的钠-空气电池将会是从现在的电池到未来的更好选择。