1、钠硫电池
钠硫电池是一种最典型的钠电池,1968年福特公司公开了钠硫电池的发明专利。典型的设计为管式结构,如图1所示,电池由作为固体电解质和隔膜的beta-氧化铝陶瓷管、钠负极、硫正极、集流体以及密封组件组成。管式钠硫电池的工作温度为300~350℃,典型的充放电反应为
电池在350℃下的工作电压为1.78~2.076V。虽然目前大容量管式钠硫电池已由日本NGK公司商业化,但由于钠硫电池的制造成本较高,正、负极活性物质的腐蚀性强,电池对固体电解质、电池结构和运行条件的要求苛刻,因此钠硫电池仍然需要进一步开发与提升,降低成本,提高电池系统的安全性,这也促使人们对钠硫电池技术加快研发,从根本上改善电池的安全性。同时,中温平板式和常温钠硫电池已列为部分研发机构的关注内容之一。
1.1大容量管式钠硫电池
大容量管式钠硫电池是以大规模静态储能为应用背景的。自1983年开始,日本NGK公司和东京电力公司合作开发,1992年实现了第一个钠硫电池示范储能电站的运行并至今,目前成功地应用于城市电网的储能中,有200余座500kW以上功率的钠硫电池储能电站,在日本等国家投入商业化示范运行,电站的能量效率达到80%以上。除较大规模在日本应用外,还已经推广到美国、加拿大、欧洲、西亚等国家和地区。储能站覆盖了商业、工业、电力、供水、学校、医院等各个部门。此外,钠硫电池储能站还被应用于可再生能源发电的储能,对风力发电等的输出进行稳定。如在日本的八角岛,一座400kW的钠硫电池储能系统与500kW的风力发电系统配套,保证了风力发电输出的完全平稳,实现了与电网的安全对接。目前正在运行的风电用钠硫电池储能站最大已达到34MW。日本NGK公司是一家国际上知名的陶瓷生产企业,它的钠硫电池从2008年起实现了真正意义上的盈利。2010年NGK公司钠硫电池的生产能力比2009年提高了50%,达到150MW。2009年NGK公司分别与法国和阿联酋的公司签订了150MW和300MW的供货合同。仅在2009年,NGK公司的合同订单就达到600MW,目前NGK公司的储能钠硫电池是唯一进入规模化商业应用的新能源储能技术,产品供不应求。