當全世界仍將焦點放在鋰離子電池時，一群來自芝加哥大學的研究者正在重新定義能源儲存的底層邏輯。他們開發出一種能讓鈉基全固態電池性能逼近鋰電池的新結構，不僅成本更低、製程更環保，也可能成為電池產業邁向新階段的轉折點。
從鋰到鈉
過去二十年，鋰離子電池是電動車與儲能市場的支柱，但隨著需求飆升，其成本與環境代價也逐年攀升。鋰礦資源集中於澳洲、智利與中國，開採過程不僅耗水、還造成鹽湖生態破壞與碳排放問題，使綠能的代價日益顯現。
2022 年，每噸鋰的價格一度飆破 8 萬美元，市場波動足以動搖整個新能源產業的供應鏈。當成本不再可控，企業與政府開始尋找新的電化學系統。這時，鈉進入舞台。
鈉豐富、廉價、幾乎無處不在，從海水到岩鹽都能取得。相較鋰礦開採，鈉的環境衝擊微乎其微。然而，鈉離子的尺寸更大、遷移速度更慢，導致導電性差、能量密度低，這也是它長年無法取代鋰的根本原因。
芝加哥大學團隊的突破：穩定亞穩態結構
2025 年，芝加哥大學分子工程學院的 Y. Shirley Meng 教授 帶領團隊，發表了一種新穩定結構：鈉氫硼化物（Na hydridoborate） 的亞穩態相。這一結構讓鈉基全固態電池的離子導電率提升 超過十倍。
關鍵在於透過加熱—急冷的熱處理方式，讓晶體結構在高溫下形成並快速凍結，從而鎖定具有高離子遷移率的排列狀態。這種手法在材料科學中早已被應用於金屬與陶瓷，但首次成功轉移至固態電解質領域。
更重要的是，這種電解質能在室溫乃至零下條件下穩定導離子，解決了過去鈉電池在低溫下效能驟降的難題。
厚電極設計：能量密度與壽命的雙提升
這項新材料不僅導電性高，也讓設計邏輯從輕薄轉向厚實。傳統鈉電池為降低內阻，多採用薄電極設計，但能量密度因此受限。芝加哥團隊利用新型電解質，使厚電極（thick cathode）成為可行設計，達成以下幾項關鍵優勢：
- 更高能量密度：厚電極能在同一面積內裝入更多活性材料，能量輸出提升 30～50%。
- 更長壽命：高導電性的固態電解質降低內阻與熱積累，使充放電循環更穩定。
- 成本更低：厚電極減少非活性材料（如集流體、隔膜）的比例，每度電儲能成本下降。
- 兼容現有產線：這種層狀設計可沿用現有鋰電池塗布與壓實工序，無需重新建廠。
這代表鈉電池從「概念技術」走向可實際量產的階段，也讓其在電動車與大型儲能領域具備真正的競爭力。
從競爭到共存
「這不是鈉對抗鋰的戰爭，而是共生的未來。」Meng 教授這樣形容。她預期未來的 Gigafactory 將能同時生產鋰系與鈉系電池，根據應用需求靈活切換。
- 鋰電池仍將主導高能量密度與輕量化市場，例如高階電動車與航空電池。
- 鈉電池則更適合成本敏感與體積不受限的應用，如電網儲能、家用備電與中價車型。
這樣的化學分工不僅可分散原料風險，也有助於降低整體碳足跡。對中國的寧德時代（CATL）與比亞迪（BYD）而言，這是下一輪產品差異化的機會；對歐美與日本企業，則是脫離鋰依賴、重建供應自主的契機。
鈉基全固態電池的突破，標誌著能源科技正進入材料多元化時代。過去我們在鋰、鎳、鈷的框架中優化工藝，如今則進入以鈉、硫、氯化物為代表的新材料競賽。
這個轉折與半導體的歷史相似：當矽材料逼近物理極限時，產業開始轉向碳化矽（SiC）與氮化鎵（GaN）。同樣地，當鋰的供應、價格與環境代價達臨界點，新的化學體系正被推上前台。
