中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：(一)技術(shù)原理
鈉硫電池的正極為液態(tài)(熔融)的硫，負(fù)極為(熔融)的鈉，兩者通過(guò)固態(tài)氧化鋁陶瓷分離開(kāi)，電解質(zhì)只允許正鈉離子通過(guò)和硫結(jié)合形成多硫化物：
放電時(shí)，帶正電的鈉離子()通過(guò)電解質(zhì)，而電子通過(guò)外部電路流動(dòng)產(chǎn)生大約2V的電壓。充電時(shí)，整個(gè)過(guò)程逆轉(zhuǎn)，多硫化鈉釋放正鈉離子反向通過(guò)電解質(zhì)重新結(jié)合為鈉。整個(gè)電池正常工作需要保持溫度在300℃-350℃。
典型的鈉硫電池的循環(huán)壽命周期是約為2500次充放電循環(huán)。該電池典型的能量功率密度分別為150-240kWh/m3和150 W/kg-230W/kg，并且單元效率很高(75%-90%)，擁有的脈沖功率可達(dá)連續(xù)工作的六倍(脈沖時(shí)間可達(dá)30秒)。這種特性使鈉硫電池可同時(shí)用于提高電力質(zhì)量和調(diào)峰，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。如上前述，硫化鈉電池需要在高溫下工作(300℃-350℃)，因此它的主要缺點(diǎn)是需要熱源，使用電池自身存儲(chǔ)的熱量來(lái)維持系統(tǒng)溫度，從而降低了電池的部分性能。而另一個(gè)主要問(wèn)題是初期成本較高(2000美元/KW和350美元/KWh)，但是隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，預(yù)期成本將會(huì)降低。
(二)關(guān)鍵技術(shù)
目前，鈉硫電池較高的制造成本、運(yùn)行長(zhǎng)期可靠性、規(guī)模化成套技術(shù)仍然是其大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸問(wèn)題。因此，鈉硫電池主要關(guān)鍵技術(shù)包括高質(zhì)量陶瓷管技術(shù)、電池組件的密封技術(shù)、抗腐蝕電極材料技術(shù)和規(guī)?；商准夹g(shù)等。
鈉硫電池單電池的技術(shù)難點(diǎn)在于固體電解質(zhì)β-氧化鋁陶瓷管的制備，目前國(guó)際上已在高質(zhì)量陶瓷管的批量化自動(dòng)化生產(chǎn)方面有很大進(jìn)展，但其產(chǎn)量和成本仍需進(jìn)一步優(yōu)化。單電池技術(shù)另一個(gè)重要瓶頸在于電池組件的密封，目前國(guó)際上已開(kāi)始研發(fā)與β-或α-陶瓷熱系數(shù)相適應(yīng)的玻璃陶瓷材料作為密封材料，這也是降低單電池成本的一個(gè)新途徑。由于硫和硫化物均具有強(qiáng)腐蝕性，低成本的抗腐蝕電極材料研發(fā)也是單電池技術(shù)的研究焦點(diǎn)之一，目前已成功開(kāi)發(fā)一些可用于電極材料的抗腐蝕沉積層如在廉價(jià)襯底上沉積碳化物。
在鈉硫電池儲(chǔ)能規(guī)?；到y(tǒng)方面，其主要研究焦點(diǎn)集中于系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)、電池單元可靠性、溫度管理及系統(tǒng)安全性，以上問(wèn)題相互關(guān)聯(lián)，共同影響著鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)?；瘧?yīng)用的性能。
(三)應(yīng)用現(xiàn)狀
鈉硫電池由美國(guó)福特公司在1966年首先發(fā)明，初衷是用于電動(dòng)汽車(chē)。但在20世紀(jì)70年代末，由于鈉硫電池需要的運(yùn)行溫度較高，在當(dāng)時(shí)難以解決安全性和可靠性問(wèn)題;而且鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等常溫電池相繼發(fā)明，取代了鈉硫電池成為主流技術(shù)，使得其時(shí)作為車(chē)用電池定位的鈉硫電池在大部分國(guó)家的研發(fā)出現(xiàn)停滯。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，日本東京電力公司(TEPCO)開(kāi)始與NGK公司合作開(kāi)發(fā)將鈉硫電池用于電力儲(chǔ)能。2002年起，NGK公司開(kāi)始鈉硫電池的商業(yè)化，2010年的年產(chǎn)能達(dá)到150 MW，是世界上唯一能夠提供商業(yè)化鈉硫電池產(chǎn)品的企業(yè)。目前NGK生產(chǎn)的鈉硫電池模塊的額定功率為50 kW，容量為360-430 kWh，能以100 kW放電2小時(shí)，250kW放電30秒，壽命為15年或者是4500個(gè)深度為90%的循環(huán)周期，轉(zhuǎn)換效率為85%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球已經(jīng)建成并投入使用的鈉硫電池電站達(dá)316 MW/1896 MWh，而日本在電力系統(tǒng)中和負(fù)荷側(cè)鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的總?cè)萘恳殉^(guò)200 MW，其中近三分之二用作負(fù)荷調(diào)峰，其在全球鈉硫電池領(lǐng)域處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。預(yù)計(jì)到2012年，全球建立的鈉硫電池總?cè)萘繉⑦_(dá)到606 MW/3636 MWh。
我國(guó)鈉硫電池技術(shù)的研發(fā)以中科院上海硅酸鹽研究所為代表。從2006年起，該所與上海市電力公司合作，以電力儲(chǔ)能和電力系統(tǒng)調(diào)峰應(yīng)用為目標(biāo)研發(fā)大容量鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，著力在關(guān)鍵材料、電池技術(shù)、系統(tǒng)等方面進(jìn)行攻關(guān)并取得突破，建成年產(chǎn)2 MW鈉硫電池中試線，研制成功100 kW/800 kWh鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，于上海世博會(huì)期間穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行。2011年10月，上海硅酸鹽研究所、上海電氣(集團(tuán))總公司和上海市電力公司三方簽約，共同投資組建鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化公司，打造技術(shù)-產(chǎn)業(yè)化-用戶(hù)“三方一體”的合資合作模式，加快鈉硫電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
(四)發(fā)展趨勢(shì)
鈉硫電池的主要發(fā)展趨勢(shì)包括陶瓷管高質(zhì)量與批量化生產(chǎn)、新型玻璃陶瓷技術(shù)、兆瓦級(jí)及以上級(jí)規(guī)模化系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。
