鈉硫電池研究分析

1、的市場(chǎng)前景太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源普及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)未來(lái)的電動(dòng)車時(shí)代儲(chǔ)能是其中重要的一環(huán)123電力儲(chǔ)存用二次電池性能比較電池種類 鉛酸電池鈉硫電池液流電池鋰離子電池理論能量密度（Wh/kg）167786100583實(shí)際能量密度（Wh/kg）30-40100-120？100-120循環(huán)壽命（次）2000250025001000適用范圍數(shù)kW-數(shù)MW數(shù)kW-數(shù)MW數(shù)十kW-數(shù)MW數(shù)十kW以下電池效率85%90%80%90%特征價(jià)格低能量密度低耐久性好能量密度高耐久性好能量密度高可大電流放電待解決問(wèn)題循環(huán)壽命待提高價(jià)格有待降低能量密度有待提高電解液存儲(chǔ)槽占地容量有待提高價(jià)格

2、有待降低循環(huán)壽命有待提高4混合儲(chǔ)能系統(tǒng) 超級(jí)電容器與蓄電池在技術(shù)性能上具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性。負(fù)載脈動(dòng)和輸入波動(dòng)較大時(shí)，超級(jí)電容器都能起到一定的濾 波作用，蓄電池的充放電電流能夠保持在較平滑的水平，減少了蓄電池的充放電次數(shù)，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，同時(shí)也提高了整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。新能源發(fā)電系統(tǒng)電動(dòng)汽車領(lǐng)域5超級(jí)電容器根據(jù)電化學(xué)雙電容理論研制而成，一般采用比面積很大的多孔活性碳作為電極材料，因此具有很大的表面積。高的比功率低的能量比充放電壽命長(zhǎng) 1百萬(wàn)次快速充電高可靠性 高價(jià)格和低能量比超級(jí)電容器6鈉硫電池鈉硫電池是美國(guó)福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，至今才40年左右的歷史。電池通常是

3、由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和外殼等幾部分組成。一般常規(guī)二次電池如鉛酸電池、鎘鎳電池等都是由固體電極和液體電解質(zhì)構(gòu)成，而鈉硫電池則與之相反，它是由熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成的，負(fù)極活性物質(zhì)：熔融金屬鈉，正極活性物質(zhì)：硫和多硫化鈉熔鹽，由于硫是絕緣體，所以硫一般是填充在導(dǎo)電的多孔的炭或石墨氈里，固體電解質(zhì)兼隔膜的是一種專門(mén)傳導(dǎo)鈉離子被稱為-Al2O3的陶瓷材料，外殼則一般用不銹鋼等金屬材料。 7鈉硫電池原理放電時(shí)的反應(yīng)過(guò)程：1）Na離解成Na+和電子2）Na+穿過(guò)-Al2O3向正極移動(dòng)3）Na+與S及電子反應(yīng)生成多硫化鈉8鈉硫電池的特點(diǎn)主要的優(yōu)點(diǎn)能量密度大：大功率鈉硫電池先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其理論比

4、能量高達(dá)760Wh/kg，實(shí)際大于100Wh/kg；功率密度大；使用壽命長(zhǎng)：大功率鈉硫電池連續(xù)充放電近2萬(wàn)次，使用壽命可達(dá)10到15年；原材料鈉硫易得；無(wú)自放電、記憶效應(yīng)；體積小、重量輕、便于模塊化制造安裝，建設(shè)周期短。不足：工作溫度在300-350，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫。但采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)，可有效地解決這一問(wèn)題。 安全問(wèn)題：S易燃。9研究與應(yīng)用現(xiàn)狀鈉硫電池作為新型化學(xué)電源家族中的一個(gè)新成員出現(xiàn)后，已在世界上許多國(guó)家受到極大的重視和發(fā)展。由于鈉硫電池具有高能電池的一系列誘人特點(diǎn)，所以一開(kāi)始不少國(guó)家就首先紛紛致力于發(fā)展其作為電動(dòng)汽車用的動(dòng)力電池，也曾取得了不少令人鼓舞的成果，

5、但隨著時(shí)間的推移表明：不適合移動(dòng)場(chǎng)合：鈉硫電池在移動(dòng)場(chǎng)合下(如電動(dòng)汽車)使用條件比較苛刻，無(wú)論從使用可提供的空間、電池本身的安全等方面均有一定的局限性。所以在80年代末和90年代初開(kāi)始，國(guó)外重點(diǎn)發(fā)展鈉硫電池作為固定場(chǎng)合下(如電站儲(chǔ)能)應(yīng)用，并越來(lái)越顯示其優(yōu)越性。101、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì) 智能電網(wǎng)中大容量存儲(chǔ)設(shè)備主要采用鈉硫電池。由于鈉硫電池是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，必須在高壓大電流的充電及運(yùn)行中必須在線同步實(shí)時(shí)（100us）檢測(cè)每節(jié)電池的電流、電壓、溫度、濕度，確保工作統(tǒng)一，穩(wěn)定。這類技術(shù)簡(jiǎn)稱BMS技術(shù)。 2020年底電網(wǎng)總儲(chǔ)能設(shè)備可達(dá)到1.3億千瓦，這樣可填補(bǔ)用電最高負(fù)荷與平均負(fù)荷之間

6、的差距，若假設(shè)儲(chǔ)能電池占到總儲(chǔ)能設(shè)備比重10%，那么2020年末我國(guó)儲(chǔ)能電池總?cè)萘靠傻?3000MW。國(guó)家電網(wǎng)將于2010年招標(biāo)張北7.50MW電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。 鈉硫電池領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的生產(chǎn)商是日本NGK公司，是目前為止世界上唯一提供商業(yè)化產(chǎn)品的鈉硫電池供應(yīng)商，公司正在世界范圍內(nèi)為一些小規(guī)模試驗(yàn)項(xiàng)目提供電池。最大的鈉硫電池儲(chǔ)能站為9.6MW57.6MWh。其鈉硫電池運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)為該公司自行研發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)。 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所通過(guò)和上海市電力公司合作，成功研制出容量為650Ah的鈉硫儲(chǔ)能單體電池，使我國(guó)成為繼日本之后世界上第二個(gè)掌握大容量鈉硫單體電池核心技術(shù)的國(guó)家。但鈉硫電池運(yùn)行參數(shù)

7、實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)還沒(méi)有開(kāi)展。11NaS電池應(yīng)用現(xiàn)狀（2002年）開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用化階段到2002年底，日本國(guó)內(nèi)已有超過(guò)2萬(wàn)kW的NaS電池投入使用。主要用于UPS、電壓波谷補(bǔ)償?shù)?。已商品化?22、知識(shí)產(chǎn)權(quán)狀況和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況 世界各公司申請(qǐng)公開(kāi)的與鈉硫電池相關(guān)的專利如下表所示，這其中有關(guān)鈉硫電池運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)的專利寥寥無(wú)幾，由于各國(guó)的鈉硫電池的性能質(zhì)量不盡相同，暫時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鈉硫電池相關(guān)的專利目前中國(guó)有關(guān)鈉硫電池發(fā)表的論文目前的主要技術(shù)攻關(guān)仍在性能，工藝上的研究，發(fā)熱保險(xiǎn)技術(shù)研究并不多14我們小組現(xiàn)在需要討論的問(wèn)題是： 鈉硫電池的發(fā)熱保險(xiǎn)技術(shù) 目前的問(wèn)題是：工作溫度在300-350，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫。它在充放電過(guò)程中都會(huì)放出很大的熱量。由于鈉硫電池的構(gòu)造及工作原理，鈉硫電池存在以下兩大安全風(fēng)險(xiǎn)。 第一，由于使用了鈉，因此著火時(shí)不能澆水。必須采用沙子掩蓋等手段來(lái)滅火，所以鈉硫電池的設(shè)置單位及消防機(jī)構(gòu)