钠硫电池及液流电池行业分析

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1、钠硫电池及液流电池行业分析第一章、工作原理与技术特征1.1钠硫电池  钠硫电池结构如图（1）所示。电池以金属钠(Na)和单质硫(S)与碳(C)的复合物分别用作阳极和阴极的活性物质，Beta—氧化铝（Beta-Al2O3）陶瓷同时起隔膜和电解质的双重作用。钠硫电池的化学反应式如下：2Na+xS=Na2Sx              (1)  新装配的钠硫电池一般处于完全荷电的初始状态。钠硫电池在300℃工作温度下，在放电的初始阶段（硫含量为100％～78％），正极由液态硫与液态的Na2S3.2形成非共溶液相，电池的电动势约为2

2、.076V；当放电至Na2S3出现时，电池的电动势降至1.78V；当放电至Na2S2.7出现时，对应的电动势降至1.74V，直至液相消失。 图（1）：钠硫电池结构图 钠硫电池主要有以下几个特点。1）理论能量密度高达760W·h/kg。实际比能量高，可有效减低储能系统的体积和重量，适合于大容量、大功率设备的应用。2）能量转化效率高，其中直流端大于90％，交流端大于75％。3）无电化学副反应，无自放电，使用寿命长，可达15a以上。4）钠硫电池的运行温度被恒定在300～350℃，因此其使用条件不受外界环境温度的限制，且系统的温度稳

3、定性好。5）具有高的功率特性，经大电流及深度放电而不损坏电池；具有纳秒级的瞬时速度(系统数毫秒以内)，适合应用于各类备用和应急电站。6）原材料资源丰富，价格低，无污染，适合规模化推广应用。1.2液流电池  全钒液流电池(VanadiunmRedoxBattery，VRB)由电解质溶液，碳素材料电极，导电塑料双极板和离子交换膜等部件构成．通过流体输送设备使电解液在电堆与储槽之间循环流动，在充电/放电过程中完成不同价态的钒离子相互转化与电能的储存与释放．钒电池工作原理如图（2）所示，将一定数量单电池串联成电池组后，输出额定功率的

4、电流和电压。电池反应为：正极：VO2++2H++e—VO2-+H2O           电势=1.00V负极：V3++e—V2+                              电势=-0.26V电池总反应VO2++V2++2H+—VO2++V3++H20      电势=1.26V图（2）全钒液流电池(VRB)原理示意图  全钒液流电池具有以下特点：  规模大：全钒液流电池的输出功率和储能容量彼此独立。通过改变储槽中电解液数量，能够满足太规模蓄电储能需求；通过调整电池堆中单电池的串连数量和电极面积，能够满足额定

5、放电功率要求。寿命长：电池正负极反应均在液相中完成，充电／放电过程仅仅改变溶液中钒离子状态．没有外界离子参与电化学反应。电极只起转移电子作用．本身不参与电化学反应，理论上可以进行无限次任意程度的充放电循环，极大延长电池的使用寿命。  成本低：在电池关键材料制备方面，如质子交换膜、导电双极板等电池关键材料．通过实现国产化进行大规模、低成本生产。全钒液流电池避免使用贵金属催化剂，成本远远低于燃料电池等化学电源，适合于几十千瓦～数兆瓦规模场合使用。  效率高：由于正负半电池电解液中的活性物质分别储存在不同的储槽中，完全避免电解波保

6、存过程的自放电消耗，经过优化的电池系统充放电能量效率高达80％。能量密度较高，理论上每度电需要5.2kg的五氧化二钒进行电能储存，对于50MW的风电场建立IOMW×4h的储能系统，将需要224吨五氧化二钒，电解液部分需要2500万元投入，将占用储能系统一次性成本的30％左右。第二章、技术环境2.1钠硫电池技术发展现状国外钠硫电池技术发展  对钠硫电池早期的研究主要以电动汽车的应用为目标，但随着一些新型二次电池的出现，因钠硫电池在车用电源方面的应用优势不明显而逐步被放弃。由于钠硫电池高的比功率和比能量、低原材料成本和制造成本、

7、温度稳定性以及无自放电等方面的突出优势，钠硫电池在电力储能方面的应用开始为人们所重视。  日本在1992年进行了第一个示范储能电站，2002年实现了商业化，至今已有200座以上功率大于500kW、总容最逾300MW的储能电站在运行中，分别用于电网峰谷差平衡、电能质量改善、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出等，最大功率的电站达到34MW，用于风力发电站的稳定输出，运行中的储能电站～半以上用于电力的平衡。．储能电站覆盖了商业、工业、电力、水处理等各个行业。钠硫电池储能系统的效率可达到80％以上，寿命可达15a。国内钠硫电池

8、技术的发展  我国对电动汽车应用的钠硫电池研究与国际几乎同步，1968年上海硅酸盐研究所已经开始了相关的研究，并在1977年4月成功组装并示范运行了国内第一辆6kw功率的钠硫电池电动车。20世纪末，我国的车用钠硫电池研究也与国际同样陷入困境，研究工作几乎停止，国内也仅有上海硅酸盐研究所仍保