钠硫电池发展简史钠硫电池的特性 (电池200年发展简史)

钠硫电池作为一种高能固体电解质二次电池，最早发明于20世纪60年代中期。早期的研究集中在电动汽车的应用对象上，包括美国的福特、日本的汤浅、英国的BBC、铁道实验室、德国的ABB和美国的Mink公司，先后组装了钠硫电池电动汽车并进行了长时间的道路试验。

但长期研究发现，钠硫电池作为储能电池优势明显，但作为电动汽车或其他移动电器的电源时却无法显示其优越性。而且早期的研究还没有完全解决钠硫电池的安全性和可靠性问题，所以钠硫电池在汽车能源上的应用最终被人们放弃了。然而，钠硫电池由于其在高比功率和能量、低原料成本、温度稳定性、不自放电等方面的突出优势，成为最具市场活力和应用前景的储能电池。

钠硫电池的结构示意图钠硫电池的基本单元是单体电池，用于储能的单体电池最大容量达到了650 Ah，功率在120 W以上，多个单体电池组合成一个模块，功率几十千瓦，可以直接用于储能。根据功率输出的具体要求，模块可以叠加形成不同功率的储能站。目前商用钠硫电池的使用寿命可以达到10 ~ 15年以上。

大容量管式钠硫电池是基于大规模静态储能。自1983年以来，日本NGK公司和东京电力公司合作开发了这种电池。自1992年以来，第一座钠硫电池示范储能电站投入运行。其生产的管式钠硫电池循环寿命长，放电深度分别为10%、42 000次、90%、4 500次和100%、2 500次。

目前，NGK的钠硫电池已成功应用于城市电网储能。500千瓦以上的钠硫电池储能电站有200多座，在日本等国投入商业示范运行，电站能效达到80%以上。

除了在日本大规模应用外，还推广到了美国、加拿大、欧洲、西亚等国家和地区。储能站覆盖商业、工业、电力、供水、学校、医院等各个部门。

此外，钠硫电池储能站还用于可再生能源发电的储能，以稳定风力发电的输出。例如，在日本的芭蕉岛，400 kW的钠硫电池储能系统与500 kW的风力发电系统相匹配，保证了风力发电输出的完全稳定性，实现了与电网的安全连接。

目前，风力发电最大功率的34 MW钠硫电池储能站正在运行，用于风电场的稳定输出。钠硫电池有望使电价达到32美分/千瓦时，成为最经济、最有前途的储能电池之一。

NGK的钠硫电池已广泛应用于以下几个方面：

削峰填谷。在低用电时段储存电能，在用电高峰时段释放电能满足需求。钠电池示范工程就是围绕这个应用展开的；

可再生能源并网。钠硫电池配合风能、太阳能发电，可以在高发电时储存能量，在高用电时释放能量，提高电能质量。

独立发电系统。用于偏远地区和海岛的独立发电系统，通常与新能源发电相结合；

工业应用。企业用户使用钠硫电池，晚上充电，白天放电，节省电能，同时可以不间断供电，稳定企业电能质量。钠电池模块示意图

输配电领域。它用于提供r

我国钠硫电池的研究以中科院上海硅酸盐研究所为代表，成功研制出6 kW钠硫电池电动车。自2006年8月以来，上海硅酸盐研究所和上海电力公司共同开发了用于储能应用的钠硫电池。2007年1月成功研制出容量为650 Ah的钠硫单体电池，并于2009年建成年产2 MW单体电池的中试线，可连续制备容量为650 Ah的单体电池。中试线涉及各类工艺和检测设备100余套，其中近2/3为自主研发，拥有多项自主知识产权，形成了自己的钠硫电池特色关键材料和电池评价技术。

目前电池的比能量达到150 Wh/kg，电池前200次循环的劣化率为0003%/次，与国外先进水平持平。目前单体电池整体水平接近NGK公司。2011年10月，上海电气集团、上海电力公司、上海硅酸盐研究所正式成立“钠硫电池产业化公司”，建设钠硫电池生产线。预计2015年前钠硫电池年产能将达到50 MW，成为全球第二大钠硫电池生产企业。

钠电池单体电池的主要技术难点在于固体电解质-氧化铝陶瓷管的制备。目前，高质量陶瓷管的批量自动化生产取得了很大进展，但产量仍然有限，成本仍然很高。

单体电池技术的另一个重要难点在于电池组件的密封。目前，国内外已开发出具有-或-陶瓷导热系数的玻璃陶瓷材料作为封接材料，这也是降低单体电池成本的一种新途径。由于硫和硫化物的强腐蚀性，低成本防腐电极材料的研发也是单电池技术的研究重点之一。目前，一些可用于集流体的防腐蚀沉积层已经开发成功，如沉积在廉价基底上的碳化物或陶瓷材料。

此外，改善钠硫电池电极与固体陶瓷电解质之间的界面极化也是提高电池电化学性能和安全性能的一个重要方面。

目前，钠硫电池制造成本高、长期可靠性差、技术规模化是其大规模应用的主要瓶颈。因此，钠硫电池的关键技术包括优质陶瓷管技术、电池组件密封技术、防腐电极材料技术和大型成套技术。