鈉硫電池

基本原理

鈉硫電池是美國福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的,至今才40年左右的歷史。

電池通常是由正極、負極、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,構(gòu)成其負極的活性物質(zhì)是熔融金屬鈉,正極的活性物質(zhì)是硫和多硫化鈉熔鹽,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。

主要特點

鈉硫電池具有許多特色之處:一個是比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量)高。其理論比能量為760Wh/Kg,實際已大于150Wh/Kg,是鉛酸電池的3-4倍。如日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲能電池,其應(yīng)用目標(biāo)瞄準(zhǔn)電站負荷調(diào)平(即起削峰平谷作用,將夜晚多余的電存儲在電池里,到白天用電高峰時再從電池中釋放出來)、UPS應(yīng)急電源及瞬間補償電源等,并于2002年開始進入商品化實施階段,已建成世界上最大規(guī)模(8MW)的儲能鈉硫電池裝置,截止2005年10月統(tǒng)計,年產(chǎn)鈉硫電池電池量已超過100MW,同時開始向海外輸出。

另一個是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達200-300mA/cm2,并瞬時間可放出其3倍的固有能量;再一個是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì),所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng),充放電電流效率幾乎100%。當(dāng)然,事物總是一分為二的,鈉硫電池也有不足之處,其工作溫度在300-350℃,所以,電池工作時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題。

主要作用

鈉與硫就會通過化學(xué)反應(yīng),將電能儲存起來,當(dāng)電網(wǎng)需要更多電能時,它又會將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能,釋放出去,鈉硫電池的“蓄洪”性能非常優(yōu)異,即使輸入的電流突然超過額定功率5-10倍,它也能泰然承受,再以穩(wěn)定的功率釋放到電網(wǎng)中——這對于大型城市電網(wǎng)的平穩(wěn)運行尤其有用。太陽能、風(fēng)能等新能源雖然潔凈,但發(fā)電功率很不穩(wěn)定。這會給整個電網(wǎng)帶來不期而至的“洪峰”。儲能電站會將這些“綠電”先照單全收,再根據(jù)電網(wǎng)需求輸出。

鈉硫電池是以Na-beta-氧化鋁(AL2O3)為電解質(zhì)和隔膜,并分別以金屬鈉和多硫化鈉為負極和正極的二次電池。鈉硫電池用于儲能具有獨到的優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在原材料和制備成本低、能量和功率密度大、效率高、不受場地限制、維護方便等方面。

巨大意義

鈉硫電池作為新型化學(xué)電源家族中的一個新成員出現(xiàn)后,已在世界上許多國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,所以一開始不少國家就首先紛紛致力于發(fā)展其作為電動汽車用的動力電池,也曾取得了不少令人鼓舞的成果,但隨著時間的推移表明,鈉硫電池在移動場合下(如電動汽車)使用條件比較苛刻,無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年代初開始,國外重點發(fā)展鈉硫電池作為固定場合下(如電站儲能)應(yīng)用,并越來越顯示其優(yōu)越性。

鈉硫電池已經(jīng)成功用于削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面。在國外已經(jīng)有上百座鈉硫電池儲能電站在運行,是各種先進二次電池中最為成熟和最具潛力的一種。

相關(guān)報道

鈉硫電池儲能電站更大的作用在于為整個電網(wǎng)“削峰填谷”。眾所周知,電網(wǎng)必須按照滿足最大用電負荷來修建。2008年,上海最高用電負荷持續(xù)小時數(shù)只有104.5小時,而為滿足這短暫的高峰負荷,卻需要投資200億元。1千瓦功率的儲能電池可節(jié)省電網(wǎng)投資1.3萬元,通過“削峰填谷”,可使每噸標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)的電多利用100度,可帶來經(jīng)濟效益480元。預(yù)計到2015年,上海電網(wǎng)峰谷差可達16000兆瓦,即使只將20%的“谷電”存儲起來,用于高峰時段,其經(jīng)濟效益就超過70億元——而建設(shè)儲能電站的投資,僅需20億元左右。他們已建成2兆瓦中試生產(chǎn)線,每月可生產(chǎn)鈉硫電池200-250個?!跋乱徊?,我們將聯(lián)合更多企業(yè)力量,探索更大規(guī)模生產(chǎn)的工藝?!鄙瞎杷睾献魈幪庨L夏天然告訴記者,僅上海一地可預(yù)見的市場規(guī)模就可達400億元。

鈉硫電池通過兩屆世界博覽會展出和國家領(lǐng)導(dǎo)人相繼參觀以及其對低“碳”、節(jié)能減排、智能電網(wǎng)、新能源等領(lǐng)域的作用,其固有的性能和應(yīng)用價值得以顯現(xiàn),重視程度將會有極大的提升。 鈉硫電池最終是要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化才能充分體現(xiàn)其自身價值,我們正在有選擇的制定更適合鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化、符合市場需求的合理可行的規(guī)格定型型號,針對性的開發(fā)生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品,加快產(chǎn)業(yè)化步伐??梢哉f在未來幾年內(nèi)中國的鈉硫電池商業(yè)化運行值得期待。

蘭太實業(yè)--做為中國最大、世界最大的金屬鈉生產(chǎn)企業(yè),年產(chǎn)能達到5萬噸,隨著中國城市化智能電網(wǎng)的發(fā)展,以及中國風(fēng)力發(fā)電的加強,鈉硫電池將會廣泛應(yīng)用于各個電網(wǎng)建設(shè)項目之中,作為鈉硫電池的金屬鈉材料的最大供應(yīng)商,也將會極大的受益于智能電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電項目的建設(shè)!

解決風(fēng)電并網(wǎng)問題,最容易想到的莫過于“儲能-無功調(diào)節(jié)”,利用儲能技術(shù)把風(fēng)電的間歇能量變成容易調(diào)節(jié)的能源。據(jù)了解,儲能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到足以適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)所需的程度。其中,鈉硫電池、鋰電池相對成熟,可用于電量和功率應(yīng)用的場合,但需要降低成本。另外,在地理條件合適的地方,還可以開展壓縮空氣儲能試驗,估計可以達到100MW以上的應(yīng)用。