钠离子钠离子监测仪

工信部近期发布《关于政协第十三届全国委员会第四次会议第4815号（工交邮电类523号）提案答复的函》，答复高亚光委员提出的《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》：您提出的《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》收悉，经商科技部和财政部，现答复如下：中国提出碳达峰、碳中和宏伟目标，是全球应对气候变化的里程碑事件，将对绿色低碳发展产生深远影响。实现碳达峰、碳中和的关键任务是实施可再生能源替代行动、大幅提升新能源在能源结构中的比重、构建以新能源为主体的新型电力系统。锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。一、国家有关部门积极推动新型电池发展国家有关部门高度重视新型电池产业发展，从加强行业管理、统筹产业规划、支持技术创新、加快标准建设等角度出发，采取一系列措施促进新型电池产业健康有序发展。我部长期以来积极推动新型电池产业发展。一是制定发布《信息产业发展指南（2016—2020年）》，推动新型电池技术进步和创新升级，支持钠离子电池、液流电池等新型电池产业发展。二是积极开展电池领域相关标准研制工作，推动将先进技术创新成果转化为标准，规范和引领产业高质量发展。三是支持电池检测平台建设，指导组建国家动力电池制造业创新中心，统筹资源推动产业技术进步，支持新型正极材料等关键技术攻关和产业化。“十三五”期间，科技部通过国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项，对电池储能相关技术进行了系统部署。其中，钠基储能电池技术作为重点支持方向之一，在“高安全长寿命和低成本钠基储能电池的基础科学问题研究”等项目系列成果推动下进步显著。近年来，财政部通过新能源汽车推广应用补助等政策，带动了新能源汽车动力电池产业蓬勃发展，推动新型电池产品技术水平迅速提高、成本迅速下降。二、钠离子电池在资源丰富度、成本等方面具有优势钠离子电池与锂离子电池摇椅式工作原理类似，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。近几年，钠离子电池开始逐步进入规模化试验示范阶段。2018年6月，首辆钠离子电池低速电动车问世；2021年6月，中科海钠发布世界首个1MWh钠离子电池储能系统。这意味着，继铅蓄电池、锂离子电池等电化学储能体系后，钠离子电池开始在储能领域崭露头角，有望推动新能源产业的进一步发展和变革。钠离子电池在资源丰富度、成本等方面具有一定优势。一是钠元素储备更丰富，钠是地壳中储量第六丰富的元素，地理分布均匀，成本低廉；而锂资源在地壳中储量仅为0.002%，不到钠的千分之一，且全球分布具有地域性。二是钠离子化合物可获取性强，价格稳定且低廉。此外，在低电压下铝不会和钠合金化，因此钠离子电池负极可使用铝集流体而不必像锂电池使用铜集流体，从而降低电池的成本和重量。三是钠元素和锂元素有相似的物理化学特性及储存机制，钠离子电池有相对稳定的电化学性能和安全性。另一方面，目前钠离子电池在产业化进程中尚存在能量密度较低、循环寿命较短、配套供应链与产业链不完善等问题，仍处于商业化探索和持续改进中。预计未来随着产业投入的加大，技术走向成熟、产业链逐步完善，高性价比的钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域将具有良好发展前景。三、对有关意见建议的考虑根据您提出的将钠离子电池纳入有关发展规划和重点科技支持计划、推动市场化应用、推动标准建立、给予政策扶持等建议，我部会同有关部门认真吸纳，将积极采取切实有效的措施，在下一步工作中深入研究落实。一是关于将钠离子电池纳入有关发展规划和重点科技支持计划的建议。我部将在“十四五”相关规划等政策文件中加强布局，从促进前沿技术攻关、完善配套政策、开拓市场应用等多方面着手，做好顶层设计，健全产业政策，统筹引导钠离子电池产业高质量发展。科技部将在“十四五”期间实施“储能与智能电网技术”重点专项，并将钠离子电池技术列为子任务，以进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化，提升综合性能。二是关于尽快推动钠离子电池市场化应用的建议。有关部门将支持钠离子电池加速创新成果转化，支持先进产品量产能力建设。同时，根据产业发展进程适时完善有关产品目录，促进性能优异、符合条件的钠离子电池在新能源电站、交通工具、通信基站等领域加快应用；通过产学研协同创新，推动钠离子电池全面商业化。三是关于尽快推动钠离子电池标准建立的建议。我部将组织有关标准研究机构适时开展钠离子电池标准制定，并在标准立项、标准报批等环节予以支持。同时，根据国家政策和产业动态，结合相关标准研究有关钠离子电池行业规范政策，引导产业健康有序发展。四是关于对初期进入市场的钠离子电池产品或企业给予扶持的建议。我部将梳理能源电子产业链，统筹资源支持锂离子电池、钠离子电池等新型储能电池发展。相关部门将继续大力支持相关领域科技创新，并以市场化手段为主，推动更加合理、更加高效的商业模式形成，通过建立良性发展机制解决产业发展过程中面临的共性问题。感谢您对钠离子电池产业发展的关心，希望今后能得到您更多的支持和帮助。

div class="f14" id="content1" style="padding: 15px text-align: left line-height: 24px overflow-wrap: break-word word-break: break-all "p style="text-indent: 2em"“如果失败了呢？”/pp style="text-indent: 2em"“成与不成，这辈子只干这一件事。”/pp style="text-indent: 2em"当众多人聚焦锂离子电池的时候，他把目光转向了“冷门”的钠离子电池，这“一眼”就是10年，也是这“一眼”打开了钠离子电池产业化的大门。此时的胡勇胜，不仅是中国科学院物理研究所研究员，还是中科海钠的创始人。/pp style="text-indent: 2em"不久前，中科海钠生产的全球首款具备自主知识产权的钠离子电池实现量产，目前电芯产能可达30万只/月。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/68058764-5176-4f4f-83bf-f6a3aea0eda8.jpg" title="6373921644941066335814234.jpg" alt="6373921644941066335814234.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em"span style="font-size: 14px color: rgb(127,127,127)"全球首辆钠离子电池低速电动车亮相span style=""span style=""span style=""span style=""span style=""中科院/span/span/span/span/span物理所九十周年所庆 胡勇胜供图/span/pp style="text-indent: 2em"strong从“一枝独秀”到“珠联璧合”/strong/pp style="text-indent: 2em"历经200余年的电池在新一轮能源革命中迎来“大浪淘沙”。二十世纪九十年代，在众多二次电池中，锂离子电池率先抓住机遇强劲发展。/pp style="text-indent: 2em"据中关村储能产业技术联盟2019年统计数据显示：在全球电化学规模储能示范项目中，锂离子电池的占比高达80%。/pp style="text-indent: 2em"然而锂离子电池却面临无法回避的“天花板”。“在二次电池中，锂离子电池的性能虽是最好，但锂资源的储量有限，且70%分布在南美洲，而目前我国80%锂资源依赖进口。锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。”胡勇胜告诉《中国科学报》。/pp style="text-indent: 2em"“一枝独秀”的锂离子电池已无法全面改变传统能源结构，“百花齐放”的二次电池中，替代或补充锂离子电池的储能技术成为国际新能源技术的竞争热点。/pp style="text-indent: 2em"不仅如此，曾经的“主力队员”铅酸电池因其不可避免的环境污染及无法满足新国标标准面临“退役”问题，2019年4 月，《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准规定电动自行车的整车质量（含电池）不高于55kg，但目前市场上铅酸电池电动自行车重量普遍超70kg。/pp style="text-indent: 2em"“目前碳酸锂大概4万元/吨，如果用锂离子电池替代铅酸电池，电动自行车的成本将大幅上涨。而碳酸钠平均仅有2千元/吨，用钠离子电池替代铅酸电池的优势显而易见。”胡勇胜告诉记者。/pp style="text-indent: 2em"在胡勇胜看来，钠离子电池具备低成本、长寿命和高安全性能等优势，不仅能在一定程度上成为锂离子电池的补充，缓解锂资源短缺的问题，还能逐步替代环境污染严重的铅酸电池，保证国家能源安全和社会可持续发展。/pp style="text-indent: 2em"值得一提的是，钠离子电池巨大的储能市场还包括光伏、风能等新能源接入储存系统。据了解，2018年我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度电。胡勇胜指出：“储能是智能电网的重要环节，钠离子电池因其成本及资源优势将在大规模储能市场中大有作为。”/pp style="text-indent: 2em"“此外，钠离子电池凭借其诸多优势还有望在低速电动车、电动船、数据中心、通讯基站、家庭/工业储能领域快速发展。”胡勇胜表示。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/e6153daa-704a-4e50-956e-d0343781c3f6.jpg" title="6373921659667719991191109.png" alt="6373921659667719991191109.png"//pp style="text-align: center text-indent: 2em"span style="font-size: 14px color: rgb(127,127,127)"钠离子电池电动自行车在span style=""span style=""span style=""span style=""span style=""中科院/span/span/span/span/span物理所开展内部测试 胡勇胜供图/span/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/b1e3a2fa-98a8-4664-ab84-1e57bff52180.jpg" title="6373921663697436922747082.png" alt="6373921663697436922747082.png"//pp style="text-align: center text-indent: 2em"span style="font-size: 14px color: rgb(127,127,127)"span style=""span style=""span style=""span style=""span style=""中科院/span/span/span/span/span物理所和中科海钠设计制造的全球首辆钠离子电池低速电动车 胡勇胜供图/span/pp style="text-indent: 2em"strong“要做用户最需要的”/strong/pp style="text-indent: 2em"近年来，国际领域纷纷加码钠离子电池研发。2020年，美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系；欧盟储能计划“电池2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。/pp style="text-indent: 2em"实际上，在胡勇胜团队开展钠离子电池研究时，虽然钠离子电池不是热门领域，但已有其他团队在研究，但胡勇胜给自己定了“做科研就要做用得上的研究，做用户最需要的钠离子电池”的目标。/pp style="text-indent: 2em"“我们要做老百姓能买得起的低成本、高安全的电池。”为此，降低电池正负极材料成本成为胡勇胜团队首先思考的重要课题。实际上，目前锂离子电池常用的活性元素是Ni和Co，但成本较高，能否找到又有活性成本又低的元素替代呢？通过不断的研究，胡勇胜团队惊喜地发现Cu在钠离子电池中不但具有活性，而且成本只有Co的1/4和Ni的1/2，正是替代Ni和Co的“完美”元素，经过多年的探索，胡勇胜团队最终成功研制出Cu基钠离子层状氧化物正级材料。/pp style="text-indent: 2em"挑战接踵而至，能否降低钠离子电池负极材料成本呢？“当时，石墨作为成熟的锂离子电池负极材料却几乎不具备储钠能力；无定形硬碳是众多研究的焦点，但价格较高。通过对碳源前驱体进行调研，我们发现无烟煤的成本平均1800元/吨，如果用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本。基于这样的考虑，我们立即开始实验，最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料。”胡勇胜回忆道。/pp style="text-indent: 2em"在团队成员、span style=""span style=""span style=""span style=""span style=""中科院/span/span/span/span/span物理所副研究员陆雅翔看来，成功降低钠离子电池成本的关键在于敢于另辟蹊径、大胆创新。“在当时，国内外对钠离子电池的研究主要集中于借鉴锂离子电池的研发思路，所以迟迟没有突破性的进展，我们没有跟随大家的脚步，而是另辟蹊径，大胆尝试，挑战别人忽视的、认为不可能的道路。”/pp style="text-indent: 2em"在攻克钠离子电池正负极材料成本问题后，胡勇胜团队继续深入挖掘钠离子电池的其他优势，发现钠离子电池不仅拥有更好的安全性，在遇到零下40度的低温时，钠离子电池汽车还能释放80%的电量，比锂离子电池汽车更加“耐寒”。“此外，钠离子电池汽车充电速度更快，仅需20分钟，接下来将挑战10分钟的充电速度。”胡勇胜告诉记者。/pp style="text-indent: 2em"对于电池制备而言，建立完整的生产线不仅重要而且投资巨大，值得一提的是，钠离子电池可以直接使用锂离子电池的生产线，无需重建。“不久前，我们使用锂离子电池生产线生产了8万支钠离子电池。正因为可以直接使用锂离子电池的生产线，钠离子电池市场化的速度将更快，可以站在前人的‘肩膀’上，我们也无比感激。“胡勇胜表示。/pp style="text-indent: 2em"目前，胡勇胜团队在钠离子电池正负极材料、电解液等关键材料体系和电芯制造、装配工艺等工程技术上都已具备完全自主研发能力，产品核心专利已获得中国、美国、欧盟等多个国家和地区的授权。/pp style="text-align: center text-indent: 2em"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/f4d74efb-8d0c-49c7-87a6-7d59c34b0bc6.jpg" title="6373921688906975629629651.jpg" alt="6373921688906975629629651.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em"span style="font-size: 14px color: rgb(127,127,127)"span style=""span style=""span style=""span style=""span style=""中科院/span/span/span/span/span物理所和中科海钠设计制造的全球首座百千瓦时钠离子电池储能电站 胡勇胜供图/span/pp style="text-indent: 2em"strong眼前有产业 脚下有科研/strong/pp style="text-indent: 2em"实际上，胡勇胜与物理所的缘分已有20年。2001年，胡勇胜便来到物理所攻读博士学位，师从陈立泉院士，也正是这一份师生谊改变了胡勇胜未来的职业生涯。/pp style="text-indent: 2em"博士毕业后，胡勇胜先后到德国和美国进修，就在完成学业之时，陈立泉联系胡勇胜，希望他能回到物理所工作。/pp style="text-indent: 2em"“我毫不犹豫地就回来了，因为我的导师和团队凝聚力。陈老师始终心系国家能源安全，从长远出发推动电动中国梦想的实现，不畏困难，敢于挑战，这种家国情怀和科研精神令我敬佩。此外，陈老师满心栽培学生，他带领下的团队有激情、有梦想、有情怀，我非常喜欢团队的科研氛围。”胡勇胜回忆道。/pp style="text-indent: 2em"在当时，团队成员都为自己设定了研究方向和目标，“做用户最需要的钠离子电池，这辈子只做这一件事”正是胡勇胜为自己定的目标。/pp style="text-indent: 2em"“当时国内的科研条件随着国家的发展有了很大的改善，此外，span style=""span style=""span style=""span style=""span style=""中科院/span/span/span/span/span也提供了很好的科研平台和转化平台，作为科研人员，如果我们还不能做出点成绩，就真的太对不起国家，对不起老师了。”胡勇胜坦言，“实际上，我也想过可能失败，但如果大家都在观望一个领域时，它可能是机遇，如果大家都已经开始做了，可能它就不再是机会了。”/pp style="text-indent: 2em"树立目标容易，将目标变成现实并非易事。付诸实践的头几年，是胡勇胜最困难也最难忘的时光。“由于国际上关于钠离子电池的研发并没有实质性进展，很多要从零开始。那些年，我们每天都在挖空心思地研究钠离子电池技术，’早晨捧着希望来，晚上带着失望归是常态，那是研发最困苦的时期，也是我最安静思考且难忘的时光，这为钠离子电池成功研发奠定了坚实的基础。”胡勇胜回忆时感慨道。/pp style="text-indent: 2em"在胡勇胜看来，产业化与做科研完全不同，“基础研究强调前沿性，而产业化要做以用户为导向和市场需要的产品，不能为了新而新。此外，实验室研究阶段很多问题是看不见的，而当进入工程化阶段后，要保证产品的一致性和稳定性是很有挑战的事情。”/pp style="text-indent: 2em"酒香也怕巷子深，寻找投资人和合作者，为科研成果注入转化资本，是每个科研成果转化征程中的必经且不易之路。产业化初期，出差作报告、谈合作、找厂家是胡勇胜的常态，为此他幽默地说道：“那些年，我不是在出差，就是在出差的路上。”/pp style="text-indent: 2em"在陆雅翔看来，不管再忙，胡勇胜都会“挤”时间思考电池的技术研究，跟团队探讨灵感和难点，“胡老师总有用不完的精力，即使再忙他都会利用零碎的时间阅读最新文献，关注科研最新动态，思考问题的解决方案，这种勤奋和科研热情也激励着团队。”/pp style="text-indent: 2em"随着钠离子电池产品的优越性能和低廉成本逐渐被国内外所认可，胡勇胜也从最初的主动找合作，转变为越来越的合作“找上门”，产业化的“羊肠小道”逐渐走成了“康庄大道”。/pp style="text-indent: 2em"十年磨一剑，今年，是胡勇胜团队深耕钠离子电池的第10年，也是中科海钠市场化的“破晓”之刻，他对未来充满了期待，期待钠离子电池走进寻常百姓家，期待钠离子电池成为守护国家能源安全的“主力军”，“但科研是产业化的基础，在带领团队产业化的同时，还必须潜心科研，为钠离子电池实现充电更快、能量密度更大、安全性更高、成本更低的未来夯实基础。“/pp style="text-indent: 2em"“高山仰止，景行行止，虽不能至，然心向往之。“胡勇胜感慨道。/pdiv /div/div

p　　7月20日，生命中心颜宁研究组在《细胞》(Cell)期刊在线发表题为《来自电鳗的电压门控钠离子通道Nav1.4-β1复合物结构》(Structure of the Nav1.4-β1 complex from electric eel)的研究论文，首次报道了带有辅助性亚基的真核生物电压门控钠离子通道复合物可能处于激活态的冷冻电镜结构。该成果是电压门控离子通道(voltage-gated ion channel)的结构与机理研究领域的一个重要突破。br//pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/006bf0f0-14f4-4b4b-9249-e21d7cbe96f4.jpg" title="1.jpg" width="460" height="329" style="width: 460px height: 329px "//pp style="text-align: center "图1. 电压门控钠离子通道Nav1.4-β1复合物结构示意图/pp　　电压门控钠离子通道(以下简称“钠通道”)位于细胞膜上，能够引发和传导动作电位，参与神经信号传递、肌肉收缩等重要生理过程。顾名思义，钠通道感受膜电势的变化而激活或失活。对于可激发的细胞，细胞膜两侧由于钠离子、钾离子、钙离子、氯离子等离子的不对称分布，产生跨膜电势差。在静息状态下，细胞膜内电势低，膜外电势高，3-5纳米厚的细胞膜两侧电势差大概为-70毫伏左右。通常情况下，钠通道在细胞膜去极化状态，也就是细胞内相对电势升高时激活(即钠通道中心通透孔道打开，钠离子由高浓度的胞外侧流向胞内)，从而引发动作电位的起始 而其又具备特殊的结构特征，使之在激活的几毫秒内迅速失活，从而保证通过与钾离子通道的协同作用结束动作电位，以及由钠钾泵介导的静息电势的重建，为下一轮的动作电位产生做好准备。/pp　　真核生物的钠通道主要由负责感受膜电势控制孔道开闭进而选择性通透钠离子的α亚基和参与调控的β亚基组成。在人体中共有9种钠通道α亚型(分别命名为Nav1.1-1.9)和4种β (β1-4)亚基，特异分布于神经和肌肉组织中。由于其重要的基本生理功能，钠通道的异常会导致诸如痛觉失常、癫痫、心率失常等一系列神经和心血管疾病。至今为止，已经发现了1000多种与疾病相关的钠通道突变体。另一方面，很多已知的包括蝎毒、蛇毒、河鲀毒素在内的生物毒素以及临床上广泛应用的麻醉剂等小分子均通过直接作用于钠通道发挥作用。钠通道是诸多国际大制药公司研究的重要靶点，其结构为学术界和制药界共同关注。/pp　　颜宁研究组十年来一直致力于电压门控离子通道的结构生物学研究，取得了一系列重要成果，包括来自细菌中的钠通道NavRh的晶体结构 (Zhang et al., 2012)。而近两年更是相继报道了与钠离子通道有同源性的世界上首个真核电压门控钙离子通道复合物Cav1.1 (Wu et al., 2016 Wu et al., 2015)以及首个真核钠通道NavPaS (Shen et al., 2017)的高分辨率冷冻电镜结构，为理解真核电压门控离子通道的结构与功能提供了重要基础。/pp　　在该最新研究中，颜宁研究组首次报道了真核钠通道复合物Nav1.4-β1的冷冻电镜结构，整体分辨率达到4.0 ，中心区域分辨率在3.5 左右，大部分区域氨基酸侧链清晰可见。该蛋白来自于电鳗(Electrophorus electricus)，它具有一个特化的肌肉组织称为电板(electroplax)，在受到刺激或捕猎时能够放出很强的电流 电流产生的基础即为钠通道的瞬时激活。因而该器官富集钠通道，其序列与人源九个亚型中的Nav1.4最为接近，因此命名为EeNav1.4。值得一提的是，电鳗中的钠通道正是历史上首个被纯化并被克隆的钠通道，已经具有半个世纪的研究历史，是钠通道功能和机理研究的重要模型，因此该蛋白一直以来也是结构生物学的研究热点。/pp　　在本研究中，研究组成员利用特异性的抗体从电鳗的电板组织中提纯出Nav1.4-β1复合物，通过对纯化条件和制样条件的不断摸索和优化，获得了性质稳定且均一的蛋白样品，并进一步制备出优质的冷冻电镜样品，最终利用冷冻电镜技术解析出其高分辨三维结构。与此前解析的钠通道NavPaS相比，该结构展示了三大新的结构特征：/pp　　1)该结构中带有辅助性亚基β1，首次揭示了辅助性亚基与α亚基的相互作用方式，有助于更好的理解β亚基对钠通道功能的调控机制 /pp　　2)与钠通道快速失活相关的III-IV 连接片段的位置与之前在Cav1.1和NavPaS结构相比有一个十分显著的位移，特别是与快速失活直接相关的IFM元件插入到了中间孔道结构域的内外两层之间。这一新的结构刷新了我们之前对钠通道失活机制的理解，却与历史上大量基于电生理的突变体分析十分吻合。本论文就此提出了一个解释钠通道快速失活的新的变构阻滞机制(allosteric blocking mechanism) /pp　　3)该结构特征与预测的激活态基本吻合，极有可能揭示了首个处于开放状态的真核钠通道的结构，实属意外之喜。由于钠通道蛋白在提纯后会很快失活，理论上处于开放状态的结构是极难甚至不可能捕捉到的。进一步分析电子密度发现，有一团疑似去垢剂分子的密度堵在胞内门控区域，帮助稳定了钠通道的开放状态。因此该结构整体呈现的极有可能是完全没有预料到的激活态。这一难得的构象有助于更好地理解电压门控离子通道最基本的机电耦合机理问题(electromechanical coupling mechanism)。除此之外，该结构还为基于结构的药物设计和功能研究提供了全新的模板。/pp　　颜宁教授为本文的通讯作者。清华大学医学院博士后闫浈、医学院副研究员周强、生命学院博士生王琳、生命学院博士毕业生吴建平为本文的共同第一作者 清华大学冷冻电镜平台雷建林博士指导数据收集。本研究获得了清华大学冷冻电镜平台工作人员李小梅和李晓敏的大力支持。国家蛋白质科学中心(北京)清华大学冷冻电镜平台和清华大学高性能计算平台分别为本研究的数据收集和数据处理提供了支持。生命科学联合中心、北京市结构生物学高精尖创新中心、膜生物学国家重点实验室、科技部、基金委为本研究提供了经费支持。(来源：生命科学联合中心)/pp　　原文链接：http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30758-4/ppbr//p