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【前沿】钠电池的研究与应用现状一览(图)(3)

华体会备用网在线  来源:能源情报  作者:胡英瑛 等  2015/12/22 11:41:21  我要投稿  

虽然国外钠硫电池储能技术自1992年开始示范和2002年产业化至今已经安全运行超过200座电站15年以上的时间,但钠硫电池自身电池反应特性仍不能排除其所存在的安全隐患。2011年日本先后有两座电站发生故障,出现电站火灾,引起了人们的重视,NGK公司也因此暂停电池出厂,直到查明原因后才恢复了对外供应。

我国钠硫电池的研究以中国科学院上海硅酸盐研究所为代表,曾研制成功6kW钠硫电池电动汽车。2006年8月开始,上海硅酸盐所和上海电力公司合作,联合开发储能应用的钠硫电池。2007年1月研制成功容量达到650Ah的单体钠硫电池,并在2009年建成了具有年产2MW单体电池生产能力的中试线,可以连续制备容量为650Ah的单体电池。中试线涉及各种工艺和检测设备百余台套,其中有近2/3为自主研发,拥有多项自主知识产权,形成了有自己特色的钠硫电池关键材料和电池的评价技术。目前电池的比能量达到150W˙h/kg,电池前200次循环的退化率为0.003%/次,这一数据与国外先进水平持平,目前的单体电池整体水平已接近NGK公司的水平。2011年10月,上海电气集团、上海电力公司和上海硅酸盐研究所正式成立“钠硫电池产业化公司”,联合投资4亿人民币,建造钠硫电池生产线,预计2015年前钠硫电池的年产能达到50MW,成为世界上第二大钠硫电池生产企业。

1.2中温平板式钠硫电池

管式设计的钠硫电池充分显示了其大容量和高比能量的特点,在多种场合获得了成功的应用,但与锂离子电池、超级电容器、液流电池等膜设计的电化学储能技术相比,它在功率特性上没有优势。最近,美国西南太平洋国家实验室(PNNL)对中温Na-S电池进行了研究,并取得了较好的结果,其设计原理如图2所示。

该电池的特点在于采用厚度为600μm的-Al2O3陶瓷片作为固体电解质,1mol/LNaI的四乙二醇二甲醚溶液作为阴极溶剂。由于600μm的-氧化铝片在150℃时的电导率为8.5×10–3S/cm,远大于聚合物和液态电解质,而且其阴极材料Na2S4和S的混合物在阴极溶剂中有大的溶解度,因此电池在150℃下可以有较好的电化学性能。图3为该电池在150℃下首次充放电曲线和循环性能。电池充放电平台对应Na2S5+S→Na2S5+Na2S4→Na2S4+Na2S2的电化学过程,且电池60次循环后容量保持率大于70%。平板式设计的钠硫电池对进一步提升功率密度是一种很好的尝试,但由于钠硫电池从安全性的角度对陶瓷电解质隔膜有非常高的要求,因此,实用化的平板电池将具有大量的技术难题需要解决。

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