中國儲能網(wǎng)訊：2021年11月12日下午，全球首臺100kWh鈉離子電池數(shù)字儲能系統(tǒng)樣機(jī)順利通電，該樣機(jī)也是烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地新型儲能驗(yàn)證平臺首個完成通電測試的試制儲能集裝箱。
全球首臺100kWh鈉離子電池數(shù)字儲能系統(tǒng)樣機(jī)
3MW/1.5MWh鈉離子電池數(shù)字儲能系統(tǒng)是烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地新型儲能驗(yàn)證平臺中的儲能項(xiàng)目之一，分兩階段實(shí)施，第一階段完成100kWh鈉離子電池數(shù)字儲能樣機(jī)的研發(fā)，第二階段完成新型鈉離子電芯研發(fā)及3MW/1.5MWh鈉離子電池數(shù)字儲能系統(tǒng)。該項(xiàng)目擬建成全球規(guī)模最大的鈉離子電池儲能電站，首次采用功率型鈉離子電池（更耐低溫環(huán)境），也首次融合了鈉離子電池技術(shù)與數(shù)字儲能技術(shù)。
鈉離子電池模組拆箱（模組可由一人抬起，便于安裝）
數(shù)字儲能系統(tǒng)核心設(shè)備接線
何為鈉離子電池
鈉離子電池是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動來工作，與鋰離子電池工作原理相似。
從機(jī)理上分析，鈉離子電池與鋰離子電池具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)和離子儲存輸運(yùn)機(jī)制。此外，由于鈉的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鋰高，且其原子量和離子半徑也大于鋰，所以同樣結(jié)構(gòu)類型的電極材料在鈉離子電池中的電壓和理論比容量都更低，最終使得鈉離子電池在能量密度上難以占據(jù)優(yōu)勢。
鈉離子電池在充電過程中，鈉離子從正極材料中脫出經(jīng)過電解液進(jìn)入負(fù)極材料，電子則由外電路從正極流向負(fù)極，放電過程反之。鈉離子的半徑比鋰離子大，在電化學(xué)反應(yīng)過程中的體積變化比在鋰離子電池中更加劇烈。
鈉離子電池電極材料物理特能決定了其電化學(xué)性能的優(yōu)劣。一般認(rèn)為，正極材料的性能是鈉離子電池的關(guān)鍵，影響著其能量密度、循環(huán)壽命以及安全性等。層狀氧化物由于具備易合成、能量/功率密度高等優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛的采用。
目前鋰離子電池的負(fù)極廣泛使用石墨類材料，然而由于熱力學(xué)原因，鈉離子幾乎無法嵌入到石墨中， 因此石墨類材料不能作為鈉離子電池的負(fù)極，而是采用合金系列材料作為負(fù)極。
鈉離子電池的優(yōu)勢
目前，鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢明顯，有望在大規(guī)模儲能應(yīng)用中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。
鑒于當(dāng)前普通鈉離子電池的能量密度只能達(dá)到120Wh/kg，相較于鋰電池的能量密度（300Wh/kg以上）還相差甚遠(yuǎn)。因此短時期內(nèi)還無法代替鋰離子電池, 因此在小型消費(fèi)電子領(lǐng)域，鈉離子電池仍難與鋰離子電池抗衡。
但相比于鋰元素，鈉元素在地殼中的儲藏量十分豐富，獲得鈉元素的方法也十分簡單，其開發(fā)成本低。開采費(fèi)用僅為鋰的百分之一，而且鈉離子電池?zé)o過放電特性，允許放電到零伏。因而鈉離子電池的研發(fā)成為電池技術(shù)熱門研究領(lǐng)域。
鈉離子電池的應(yīng)用
鈉離子電池雖然能量密度不及鋰離子電池，但是鈉資源豐富，且獲得十分容易，從長遠(yuǎn)看鈉離子電池仍然具有十分廣闊的應(yīng)用前景，如一些對能量密度要求不高的領(lǐng)域。
目前，鈉離子電池產(chǎn)品主要應(yīng)用于兩大場景，一是鉛酸電池替代市場，包括5G基站、數(shù)據(jù)中心、電動自行車等；二是大規(guī)模儲能領(lǐng)域，包括光伏、風(fēng)能等新能源接入儲存系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的鈉離子電池多采用液態(tài)電解質(zhì)，容易出現(xiàn)漏液、燃燒等問題，而使用固態(tài)鈉離子電解質(zhì)取代易燃的有機(jī)液態(tài)電解液，可有效提高電池的安全性。據(jù)悉，目前在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下，基于固態(tài)電解質(zhì)的鈉離子電池最高可提供高達(dá)355Wh/kg的能量密度。
鈉離子電池是未來儲能電池的重要發(fā)展方向之一，現(xiàn)在說鈉離子電池取代鋰電池似乎為時過早，但隨著鈉離子電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨著對鈉離子電極材料研宄的不斷深入，有望使鈉離子電池能量密度進(jìn)一步提高，材料成本進(jìn)一步降低、電池性能進(jìn)一步提升。相信鈉離子電池的商業(yè)化進(jìn)程也將不斷加快。
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