一张图看懂钠硫电池.pdf

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1、2015钠硫电池研究报告新材料在线2015年10月01国外知名研究/咨询机构看好储能产业前景图1-1知名机构对储能市场的预测$Bil.600400180114201620172018201920202021来源：新材料在线整理图1-2麦肯锡：决定未来经济的12大颠覆技术来源：McKinsey&Company02可再生能源是推动储能产业发展的重要因素图2-1欧盟计划的可再生能源结构比例欧盟在《2050年能源路线图》中预计：到2050年，其可再生能源占全部能源需求的比例将从目前的10%上升到55%以上来源：Roadmap2050图2-2可再生能源并网储能市场的预

2、测储能技术可以有效调节可再生能源发电对电网的冲击，是支撑高比例可再生能源并网的关键技术。预计储能市场将迎来爆发式增长。$2917.76million$31.88million来源：NavigantResearch钠硫电池是重要的电化学储能技术，也是适03用领域最广的储能技术之一图3-1各种储能技术及适用范围应急/不间断供电电网调节能量管理小金属空气电池液流电池抽水时储能额定高能量超钠硫电池压缩空气超级铅酸电池功级电容器储能率锂离子电池下传统铅酸电池分放钟镍镉电池电镍氢电池时间高功率飞轮储能秒大功率超级电容器1kW10kW100kW1MW10MW100MW1G

3、W系统输出功率来源：Rastleretal.EPRI：PaloCA9492010，新材料在线整理图3-2各种储能技术适用领域可再生能分布式大功率负削峰填谷黑启动调频调峰源并网储能载平滑铅酸电池钠硫电池锌镍电池钒电池锂电池压缩空气蓄水飞轮超导电容来源：海通证券研究所，新材料在线整理钠硫电池经历了从动力电池到储能电池的发04展阶段动力电池阶段美国福特公司最初目标为电动汽车1967（Ford）发明了用动力电池。世界上首个钠硫电池中科院上海硅酸盐1968研究所开始进行钠由于安全性和可靠性硫电池技术的研究的制约，20世纪末此研究陷入了困境。储能电池阶段应用目标开始转为储

4、日本NGK公司建设1992了第一个示范电站，能应用。包括：削峰并于2002年实现商填谷、UPS、瞬间补业化偿电源上海市电力公司与上海硅酸盐研究所2006目前主要作为储能电合作开发储能钠硫池开发研究，全球已电池建成200多个钠硫电池储能项目来源：新材料在线整理不同于常规二次电池，钠硫电池由熔融液态05电极和固态电解质构成图5-1钠硫电池的结构β”—Al2O3陶瓷管分子式：NaO·5.33AlO223良好的离子导电特性同时做为隔膜和电解质。钠芯结构液态金属钠作为负极硫电极液态硫，往往需要导电载体作为正极来源：Chenetal.ProgressinNa

5、turalScience图5-2钠硫电池的工作原理示意图来源：NGK钠硫电池的优势和劣势同样非常突出，一方06面吸引研究者关注，另一方面限制了其应用钠硫电池的优缺点对比优势VS劣势能量密度高：高温工作环境：理论能量密度760（W·h）/Kg300-350℃工作需要额外的热源功率密度高：可达230W/Kg安全性能差：循环寿命长：可达10~15年S易燃，陶瓷管破裂短路易起火循环效率高：可达80%以上腐蚀问题：电池容易腐蚀材料成本低：成本较高：原材料资源丰富，价格低约为400~600美元/度来源：中国知网，新材料在线整理图6-1日本NGK的钠硫电池

6、安全措施2011年，日本东京电力能源公司所使用的钠硫电池发生起火事件。经调查着火原因是一个电池元件失灵。渗漏了熔融材料，熔融材料流入电池模块间的区域，导致相邻模块中电池单元之间的短路。电池元件之间没有安装保险丝，短路引发高温，最终引起了模块间的火灾。对此NGK出台了相关的安全措施以提升钠硫电池的安全性：元件间增加熔断丝电池模块之间放置绝缘板安装防火板来源：NGK钠硫电池研究和制备中的一些关键工艺技术，07对最终电池的性能起到重要作用工艺流程硫极集流体防腐蚀技术问题描述：电极集流体容易被液态S和NaSx腐蚀，使电池退化2解决方案：开发新工艺新合金，提升

7、铝合金集流体的耐温性开发新型涂层，防腐蚀和提升导电性两个方向陶瓷管陶瓷管制备技术问题描述：性能强烈依赖工艺。制备方式与一般陶瓷类似，但因组分含有较多易挥发的NaO而略有不同。2现有工艺：封装工艺类型优点缺点具有明显双重结构；烧结温度高，反应烧结法工艺简单时间长，增加成本，NaO易挥2装配发。利于制备显微烧结温度高，时间部分合成法结构均匀的细长晶陶瓷材料降低了合成温工艺复杂，时间长，软化学方法单体度能耗大图7-1上硅所批量制备的β-氧化铝陶瓷管电池电池模组来源：宋树丰等，东方电气评论，2011&温兆银等，供用电，2010&新材料在线整理钠硫电池研究和制备中的

8、一些关键工艺技术，08对最终电池的性能