鈉硫電池及核心部件成果轉(zhuǎn)化

1、鈉硫電池及核心部件的技術(shù)轉(zhuǎn)化介紹（中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所）隨著我國(guó)電力行業(yè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)張和可再生能源(如風(fēng)能和太陽(yáng)能)的迅猛發(fā)展，大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)以適應(yīng)分布式供能和調(diào)節(jié)電網(wǎng)平衡變得越來(lái)越緊迫。然而，目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有成熟、有效和通用性強(qiáng)的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)可供選用。因此發(fā)展綠色、高效、大容量和大功率的儲(chǔ)能技術(shù)將對(duì)我國(guó)新型能源開發(fā)、能源節(jié)約和持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。鈉硫電池負(fù)極活性物質(zhì)為熔融金屬Na, 正極活性物質(zhì)為熔融的單質(zhì)S, 正負(fù)極間采用Na+導(dǎo)體固體電解質(zhì)b”-Al2O3, 電源電動(dòng)勢(shì)為2.076V，理論比能量為760Wh/kg, 同時(shí)它具有高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)自放電現(xiàn)象、100的

2、庫(kù)侖效率以及維護(hù)簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)。此外，鈉硫電池中的固體電解質(zhì)b”-Al2O3、活性物質(zhì)Na和S元素都無(wú)毒、環(huán)境友好，且是地球上最為豐富的資源之一，幾乎取之不盡，用之不竭，可持續(xù)發(fā)展。因此鈉硫電池在未來(lái)大規(guī)模能量?jī)?chǔ)存方面有難以匹敵的優(yōu)勢(shì)。圖1a 所研制出的一端封閉大尺寸、薄壁b-Al2O3電解質(zhì)管F41210mm (壁厚為1.6mm) (日光下的外觀照片)圖1b 所研制出的一端封閉大尺寸、薄壁b-Al2O3電解質(zhì)管F41210mm (壁厚為1.6mm) (手機(jī)光照下的照片)基于鈉硫電池的電化學(xué)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，高質(zhì)量的鈉離子導(dǎo)體b(b)-Al2O3固體電解質(zhì)是研制高性能鈉硫電池的技術(shù)關(guān)鍵

3、和核心。因此，我們以研制一端封閉的高質(zhì)量的b-Al2O3陶瓷電解質(zhì)管為主要任務(wù)，并在其關(guān)鍵的制備技術(shù)上取得了重要突破，成功研制出了高質(zhì)量的一端封閉、薄壁 (壁厚為1.6mm) b”-Al2O3陶瓷電解質(zhì)管(如圖1所示)。在此突破的基礎(chǔ)上我們進(jìn)一步研發(fā)出兩種型號(hào)的實(shí)驗(yàn)電池(如圖2所示)，其中容量為180Ah的鈉硫單體實(shí)驗(yàn)電池的主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。部分研發(fā)成果技術(shù)已申請(qǐng)相關(guān)國(guó)家專利五項(xiàng)(其中兩項(xiàng)實(shí)用新型專利授權(quán)，一項(xiàng)發(fā)明專利處于實(shí)質(zhì)性審查階段)。我們目前所取得的成果為進(jìn)一步小試、中試研發(fā)，制造出更高性能和更大容量的鈉硫電池以及電池組儲(chǔ)能集成系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。圖2 容量為180Ah

4、鈉硫單體實(shí)驗(yàn)電池外觀照片由于鈉硫電池高的比能量密度（單位質(zhì)量）、高能量密度(單位體積)、長(zhǎng)循環(huán)壽命以及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，作為公共交通動(dòng)力電源可以實(shí)現(xiàn)真正的零排放，必將大大緩解我國(guó)城市日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。特別是，作為大容量能量存儲(chǔ)有效技術(shù)途徑用于電網(wǎng)的”削峰填谷”，將會(huì)改善電力分布、提高電力供應(yīng)質(zhì)量、有效緩解電力供應(yīng)緊張局面和節(jié)約能源。此外，目前在我國(guó)的西北和東南沿海地區(qū)風(fēng)能利用發(fā)展迅速，太陽(yáng)能資源也十分豐富，但這類可再生能源受天氣和季節(jié)的影響大，電能生產(chǎn)極不穩(wěn)定、漲落大，這嚴(yán)重阻礙了它的并網(wǎng)發(fā)電和使用。據(jù)報(bào)道，目前我國(guó)有70%的風(fēng)力發(fā)電由于其漲落問(wèn)題不能入網(wǎng)，給相關(guān)企業(yè)和國(guó)家造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失和能源浪費(fèi)。可以預(yù)見，大規(guī)模的鈉硫電池組儲(chǔ)能系統(tǒng)如果與風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電站連接，平衡和平滑電力輸出，將會(huì)從根本上解決該類可再生能源供應(yīng)中的電力漲落問(wèn)題，從而使該類可再生能源真正造福于人類。因此，鈉硫電池作為有效大規(guī)模儲(chǔ)能手段和技術(shù)途徑在