2010年,，釣魚島海域發(fā)生中日撞船事件后,，中國開始從實質上限制稀土出口,。稀土是混合動力車用電動機和有機EL顯示器等高科技產業(yè)必不可少的資源,，也被稱作“產業(yè)的維生素”,。
中國這個世界最大的稀土生產國開始限制出口,，采購危機隨之出現(xiàn),，稀土價格飆升,。磁鐵使用的釹和鏑的價格在2011年7月達到頂峰,，是2007年的30倍以上（瑞穗實業(yè)銀行產業(yè)調查部的調查結果）,。不僅是日本，全世界的企業(yè)都遭受了沉重打擊,。
危機尚未結束
之后,，隨著回收再利用技術和不依賴稀土的產品開發(fā)的進步，中國的稀土價格逐漸回落,。2014年,，世界貿易組織（WTO）認定中國實施的出口限制違規(guī),。2015年1月，中國政府做出了撤消出口限制的決定,。
但稀土等稀有元素的危機并未就此結束,。稀土只是31種稀有金屬中的一部分，其他元素也完全有可能遇到出口限制之類的問題,。
鋰也是一種常用的稀有金屬,，主要應用于電池。開發(fā)鋰電池的目的,，是為了滿足手機和筆記本電腦對于高容量,、小型電池的迫切需求。1991年,，索尼在全球率先實現(xiàn)了鋰電池的商品化,，橫掃了整個市場。不僅是移動設備,，還得到了固定式電池和車載電池等廣泛用途的采用,。富士經(jīng)濟預測，到2018年,，全球鋰電池市場將擴大到2萬億日元的規(guī)模,。
日本的鋰全部依靠從南美等地進口。隨著市場擴大,，確保未來資源供應和成本問題逐漸顯現(xiàn),。
而且，鋰電池除了鋰之外,，還使用另一種稀有金屬——鈷,。NTT設施綜合研究所的調查顯示，利用現(xiàn)行技術生產1輛純電動汽車（EV）,，大約要使用20kg的鋰和大約40kg的鈷,。即便把全球的產量都供應給EV，每年產出的鋰只夠700萬輛車使用,，而鈷僅夠100萬輛車使用,。隨著再生能源的普及，如果大型蓄電池的需求增加,，資源枯竭和價格暴漲不可避免,。
面對這種情況，政府不能袖手旁觀,。作為國家的危機管理措施,，開發(fā)擺脫稀有元素依賴的技術——從2008年開始，日本啟動了名為“元素戰(zhàn)略項目”的全國性研究項目。后鋰電池的開發(fā)也是項目之一,。
該項目提出用鈉來替代鋰,。在元素周期表上，鈉就在鋰的下方,，性質與鋰相似,。鈉最大的好處是在海水等資源中含量豐富，是“取之不盡”的元素,。
不過，鈉離子電池的開發(fā)卻長期不受關注,?！坝免c做電池，根本行不通”,，盡管材料的性質與鋰相似,，但材料化學專家之間依然存在這種認識。離子電池是利用離子在正極與負極之間的移動進行充放電的,。在這個過程中,，離子需要順暢地進入正極與負極的材料之間。鈉離子的體積大約是鋰離子的兩倍,，很難進入電極材料,，按照一般觀點，鈉離子無法在實用中實現(xiàn)充放電,。因此,，直到1990年代，研究人員都幾乎忽視了鈉離子電池,。
然而,，日本的研究人員顛覆了這一固有觀念。2009年,，隨著材料開發(fā)的進步,，鈉離子電池的開發(fā)穩(wěn)步推進。東京理科大學教授駒場慎一（當時為副教授）的研究小組,，通過在負極使用碳系材料,，在世界上首先成功實現(xiàn)了鈉離子電池的重復充放電。打破過去10次左右的充放電極限,，開發(fā)出了可以重復使用幾百次的電池,，為實用化開辟了道路。
以這項研究為契機,，全球掀起了研究鈉離子電池的競爭,。論文數(shù)量在2009年之后快速增加。“全球發(fā)表的論文數(shù)量估計是以前的幾百倍”（駒場教授）,。
鈉離子電池有三大優(yōu)點：
一是原料成本低,。不僅不使用鋰、鈷等稀有金屬,，而且通電的基板可以使用鋁,，而不是銅。因為不使用高價材料,，所以“與鋰電池相比,，成本至少可以減少1成，順利的話可以減少3成”（駒場教授）,。
二是可以沿用現(xiàn)有的生產工序,。鈉離子電池的工作機制與鋰離子電池相同，電池企業(yè)的現(xiàn)有生產設備可以直接用來生產鈉離子電池,。因為基本不需要設備投資,，所以各家企業(yè)容易將其作為替代電池開展生產。
東京大學研究生院的山田淳夫教授等人開發(fā)的負極的示意圖,。由鈦（紅）和碳（灰）組成的片狀物質
三是可以快速充放電,。駒場教授說：“在原理上，鈉離子電池的充電時間可以縮短到鋰離子電池的1/5,?！敝灰獙崿F(xiàn)了快速充電，自然就能縮短EV的充電時間,。東京大學研究生院教授山田淳夫等人的研究小組發(fā)現(xiàn),，鈦和碳制成的片狀化合物會吸附、釋放大量的鈉離子,。以這種化合物為電極試制的電池,，即使反復進行快速充放電，性能也不會劣化,。山田教授預測：“鈉不會馬上取代鋰,，而是會在適合其特性的用途，作為鋰的一種替代品,，逐漸得到采用,。”
企業(yè)在暗中持續(xù)開發(fā)
為了使具備上述優(yōu)點的電池實現(xiàn)商用化,，很多家民營企業(yè)正在進行開發(fā),。例如，住友電氣工業(yè)在2013年開發(fā)出了即使電池內部溫度較低也能工作的鈉離子電池,。因為無需散熱空間,，所以體積成功縮小到了鋰電池以下,。目標是應用于住宅用蓄電池和純電動汽車。
豐田雖然沒有公布消息,，但估計也在一直在為HEV和PHEV開發(fā)鈉離子電池,，作為鎳氫電池和鋰電池的替代品。在2015年5月召開的日本電氣化學會的電池技術委員會上,，該公司的電池研究部宣布,，為鈉離子電池的正極開發(fā)出了新材料。
三菱化學一直在與東京理科大學的駒場教授開展合作研究,?！熬唧w名稱不能透露，包括海外企業(yè)在內,，共有4,、5家企業(yè)正在參與合作研究”（駒場教授）。
鈉離子電池雖然是企業(yè)競相開發(fā)的熱門,，但也存在課題：電池中儲存的能量比鋰電池少。因為鈉比鋰重,，所以同樣重量的電池,，鋰電池的容量更大。
經(jīng)過近些年的開發(fā)競爭,，鈉離子電池的儲能量達到鋰的90％,，已經(jīng)可與之并肩。不過,，駒場教授說：“如果沒有新的突破,，實用化很難。不過我認為是可以實現(xiàn)的,?！边@樣說的原因是，鈉離子電池的正極和負極可使用的材料種類繁多,。
鐵,、錳、鎳,、碳,，等等，不僅可使用的材料多,，而且,，通過以不同的配比，或在不同溫度下進行混合,，電池的性能會發(fā)生改變,。鋰電池的材料經(jīng)過了30年的優(yōu)化,，而鈉電池掀起研究競爭才不過5年左右，自然隱藏著巨大的可能性,。
從鉛電池,、鎳氫電池到鋰電池，電池產業(yè)一直被視作日本的看家本領,。但近年,，在韓國等地的企業(yè)的沖擊下，日本廠商的份額正漸漸流失,。鈉離子電池作為新一代電池贏得了關注,。為了不使用稀有金屬，在國家戰(zhàn)略的層面上實現(xiàn)危機管理,，也為了讓日本的電池產業(yè)重返世界巔峰,，鈉離子電池的商用化進程正在加快腳步。