1钠硫电池的基本原理一般来说，钠硫电池由正极、负极、电解液、隔膜和外壳组成。不同于一般的二次电池(铅酸电池、镍镉电池等。)，钠硫电池由熔融电极和固体电解质组成。负极活性物质为熔融金属钠，正极活性物质为液态硫和多硫化钠的熔盐。固体电解质和隔膜组成的工作温度为300 ~ 350。在工作温度下，钠离子()通过电解质膜与S发生可逆反应，形成能量释放和储存。钠电池在放电过程中，电子通过外电路到阳极(负极0)到阴极(正极)，然后与一种固体电解质结合形成多硫化钠产物。充电时，电极反应与放电相反。钠和硫的反应很剧烈，所以两种反应物必须用固体电解质隔开，而固体电解质必须是钠离子导体。目前使用的电解质材料只有在温度高于300摄氏度时才具有良好的导电性。因此，为了保证钠硫电池的正常工作，钠硫电池的工作温度应保持在300 ~ 350，这样会降低钠硫电池作为车载动力电池的安全性，损坏电解液，从而引发安全问题。2钠硫电池的主要特点钠硫电池有很多特点：一个是比能量(即电池单位质量或体积的有效电能)较高。它的理论比能量是760Wh/Kg，实际是150Wh/Kg以上，是铅酸电池的3-4倍。例如，日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司联合开发了钠硫电池作为储能电池，其应用目标针对电站负荷均衡(即起到调峰作用，夜间将多余的电储存在电池中，白天用电高峰时再从电池中释放出来)、UPS应急电源和瞬时补偿电源等。并于2002年开始进入商业化实施阶段，建成了世界上最大的(8MW)储能钠硫电池装置。另一个可以大电流大功率放电。一般放电电流密度可达200-300mA/cm2，其固有能量可瞬间释放三次。另一个是高充放电效率。由于使用固体电解质，没有通常使用液体电解质的二次电池的自放电和副反应，充放电电流效率几乎100%。当然，事物总是一分为二的，钠硫电池也有缺点。它们的工作温度为300-350。因此，电池在工作时需要一定的加热和保温。而采用高性能真空绝热技术可以有效解决这一问题。3钠硫电池的主要作用是钠和硫会通过化学反应储存电能。当电网需要更多电能时，它会将化学能转化为电能并释放出来。钠硫电池的“储洪”性能非常优异。即使输入电流突然超过额定功率5-10倍，也能从容承受，然后以稳定的功率释放到电网中。3354这对于大型城市电网的平稳运行特别有用。太阳能、风能等新能源虽然清洁，但发出的电力很不稳定。这会给整个电网带来意想不到的“洪峰”。储能站会先把这些“绿电”按照订单全部收集起来，再按照电网的需求输出。钠电池是以钠--氧化铝(AL2O3)为电解液和隔膜，以金属钠和多硫化钠分别为负极和正极的二次电池。钠电池在储能方面具有独特的优势，主要体现在原材料和制备成本低、能量和功率密度高、效率高、不受场地限制、维护方便等方面。4钠硫电池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目标上 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650Ah，功率在120W 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一直在合作开发这种电池。从1992年开始，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10%时可达42000次，90%时约4500次，100%时约2500次。目前，NGK的钠硫电池已成功应用于城市电网储能。500kW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。比如日本的芭蕉岛，400kW的钠硫电池储能系统搭配500kW的风力发电系统，保证了风力发电输出的完全稳定，实现了与电网的安全连接。目前，风力发电最大功率的34MW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的钠硫电池在以下几个方面得到了广泛的应用：调峰填谷。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场。用于提供无功支持、缓解输电阻塞、延缓输配电设备扩容、变电站DC供电等。提高配电网的稳定性，从而增强大电网的可靠性和安全性。2010年，NGK公司钠硫电池的产能比2009年增长了50%，达到150MW。2009年，NGK分别与法国和阿联酋公司签署了150兆瓦和300兆瓦的供应合同。仅在2009年，合同订单 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150Wh/kg，电池前200次循环的劣化率为0.003%/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50MW，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。