中國儲能網(wǎng)訊：住友電氣工業(yè)與京都大學(xué)能源科學(xué)研究科的萩原研究室，共同開發(fā)出了可在低于100℃的中低溫下工作的鈉（Na）離子充電電池。目前已在住友電工的大阪制作所，將4臺9kWh的電池模塊（36kWh）連接到該所內(nèi)的電力系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)。
住友電工本來一直在從事蓄電用大型釩系氧化還原液流電池（Redox Flow Battery）、鎳氫充電電池用多孔集電體以及鋰離子充電電池極耳（Tab Lead）等電池部件業(yè)務(wù)。其中，面向電動汽車和定置用蓄電系統(tǒng)的充電電池市場逐漸擴(kuò)大，作為在鋰（Li）等資源方面可能會受到制約的鋰離子充電電池的替代品，住友電工開發(fā)出了鈉離子充電電池。
此次開發(fā)的鈉離子充電電池，在正負(fù)極的活性物質(zhì)中采用了資源豐富的鈉，而且負(fù)極的集電體可以采用Al箔而非Cu箔，與鋰離子充電電池相比可以減低成本。住友電工全面進(jìn)行量產(chǎn)的話，那么“將有可能實(shí)現(xiàn)每1kWh約2萬日元的成本”（住友電工電子材料研究所金屬無機(jī)材料技術(shù)研究部電氣化學(xué)小組組長稻澤信二）。
以前需要在300℃的溫度下工作
采用鈉的充電電池目前有日本礙子（NGK）已實(shí)現(xiàn)商用化的NAS（硫磺鈉）電池和瑞士MES-DEA公司的鈉鎳氯化物充電電池。不過，這些電池組合使用了熔融狀態(tài)的鈉以及陶瓷固體電解質(zhì)，因此要想使電池進(jìn)行工作，就需要將溫度提高至300℃。
而此次開發(fā)的電池，其特點(diǎn)是只用混有雙(氟磺酰)亞胺鈉（NaFSA）和雙(氟磺酰)亞胺鉀（KFSA）的熔融鹽來構(gòu)成電解液。電解液的熔點(diǎn)只有57℃，因此電池能在57～190℃的溫度范圍內(nèi)工作。住友電工的稻澤表示，實(shí)際此次是在“70～80℃的溫度下工作的”。
正極材料采用的是亞鉻酸鈉（NaCrO2），負(fù)極材料采用的是鈉合金。試制單元的容量為250Wh，能量密度為167Wh/kg（290Wh/L）。電池單元可在3.5～2.5V的范圍內(nèi)進(jìn)行充放電，放電電壓平均為3.0V。與鋰離子充電電池相比，雖然平均電壓下降，但循環(huán)特性與鋰離子充電電池基本相同。
據(jù)住友電工介紹，此次開發(fā)的熔融鹽為無機(jī)電解液，不會起火，而且正極材料不會放出氧，因此不會產(chǎn)生鋰離子充電電池中存在的、因過充電和電池溫度升高而引起的熱失控問題。
實(shí)際的過充電試驗(yàn)中，如果電壓上升，正極材料亞鉻酸鈉的結(jié)晶構(gòu)造就會發(fā)生變化，但由于采用鉻（Cr）和氧緊密結(jié)合的鉻氧化物，因此不會產(chǎn)生氧。持續(xù)保持過充電狀態(tài)時，熔融鹽會發(fā)生分解，并通過聚合反應(yīng)形成聚合物狀，完全失去作為電池的功能。
現(xiàn)已確認(rèn)，即使發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致溫度上升，熔融鹽也只會產(chǎn)生不易燃的氣體。因此，在實(shí)際的電池單元中，只需設(shè)置排氣閥即可。
據(jù)住友電工介紹，由于具有上述出色的熱穩(wěn)定性，因此在構(gòu)成電池模塊時，無需散熱空間以及防火防爆裝置，能夠以高密度配置電池單元。據(jù)住友電工估算，如果是相同容量的電池模塊，其容積只有鋰離子充電電池的1/2左右、NAS電池的1/4左右。
住友電工正在考慮對容量為數(shù)十MWh以上的大型電池采用氧化還原液流電池，隨數(shù)MWh以下用途采用鈉離子充電電池，將兩者區(qū)別對待。將爭取使鈉離子充電電池用于中等規(guī)模的電網(wǎng)及普通住宅的電力儲存以及頻繁行駛的卡車及巴士等商用車上。在今后的研發(fā)中，住友電工計(jì)劃繼續(xù)開發(fā)能在比57℃更低的溫度下工作的鈉離子充電電池熔融鹽。
