钠硫电池性能研究及应用

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1、年第卷第期总第期巢湖学院学报钠硫电池性能研究及应用吕家云蒋全胜秦磊（安徽巢湖学院；合肥合肥秦唐新能源科技有限公司）摘要：钠硫电池具有容量大，体积小，寿命长，效率高的优点，原材料广，制备成本低，不受场地限制，维护方便广泛应用于削峰填谷，应急电源，风力发电等可再生能源的稳定输出及提高电能质量方面，是各种先进的二次电池中最成熟最具潜力的一种先进储能电池关键词：钠硫电池，储能，应用中图分类号：文献标识码：文章编号：引言自年美国公司的和首次提出钠硫电池系统以来，国际上很多国家和研究机构对该电池进行了持续不断的研究钠硫电池具有

2、长的循环寿命（国外报道目前高质量的钠硫电池一般可达到次以上）高能量，高功率密度，无自放电现象（以固体电解质为电解质隔膜）以及的库仑效率便于现场安装维护，材料来源容易，价格适当等突出优点本文介绍了单体钠硫电池的放电特性，电池寿命及退化对钠硫储能系统的原理，运行与控制进行了讨论，并对其应用进行了综述单体钠硫电池的特性电池结构特点钠硫电池属于一种高温可充电电池，工作温度在，负极活性物质为熔融金属钠，正极活性物质为熔融的单质硫，正负极之间采用固体电解质（）电池放电特性主要由电池内阻决定，由于固体（）具有高的电阻（导电率很小

3、）在正负极之间起隔离作用，因而钠硫电池放电容量与放电率无关单体钠硫电池的特点在钠硫电池系统中，充放电过程如下：即在放电时在（）界面氧化成，并迁移通过该陶瓷电解质与硫发生反应形成多硫化钠而充电时分解，迁移回负极室形成金属钠，硫氧化成单质保留在正极室电池寿命及退化单体钠硫电池使用寿命国内一般达次，个别寿命更高，但整批不均一，难以组成电池组达到实用化与外国差距较大收稿日期基金项目：年皖江城市带承接产业转移示范区巢湖产学研合作项目资助作者简介：吕家云（），女，安徽巢湖人，副教授主要从事电子技术方面的科研与教学工作电池退化表现

4、特征是电池内阻随寿命增大而上升及电池容量下降而导致电池失效主要原因一是（）陶瓷管的性能是电池关键材料，必须具备高密度，高强度，高电导率和均匀显微结构二是电极结构和电池密封结构，尤其是硫电极结构对电池的退化影响更明显在（）管和硫电极间衬入薄纯一氧化铝纤维可对多硫化纳润湿，而对硫磺不润湿，可在电解质表面和硫电极间形成离子导电性良好的多硫化钠层，有利于电池后期充电，缓解界面极化三是材料纯度，材料中的离子在（）结构中移动，迁移到（）界面与钠中的氧反应形成氧化物薄膜，引起界面电阻上升，导致电池失效钠硫电池储能系统电池储能系统

5、组成电池储能系统组成包括钠硫电池模块电池储柜模块连接线和直流断路开关电压源逆变器监测传感器系统控制器变压器等组成如图图纳硫电池储能系统原理框图钠硫电池储能系统能量转换原理功率转换部分由电压源逆变器，监测传感器，系统控制器和变压器组成，它是连接储能部分和交流电网间的接口，实现电池直流能量和交流电网间双向能量传递其核心是一个大容量电压源变器钠硫电池应用电池技术的应用主要是移动应用和固定应用储能用钠硫电池是各种先进二次电池中最为成熟的一种，也是最具有潜力的一种先进储能电池移动应用主要应用于航天和军事方面（如卫星，潜艇和坦克

6、电动车等）固定应用主要用于削峰填谷，应急电源，风力发电等可再生能源的稳定输出及提高电能质量方面移动应用方面在移动电池中主要采用垫压技术密封电池，钠中心管状结构，钠极（阳极）采用钠芯结构硫极（阴极）由石量毡内衬氧化铝纤维在固体电解质（）管和硫极间衬入薄层纯一氧化铝纤维由于一氧化铝纤维对多硫化钠润湿，而对硫磺不润湿，因而在电解质表面和硫极间形成离子导电性良好的多硫化钠层，有利于电池后期充电反应，缓解界面极化，减少容量损失与传统的内燃机相比，其较短的行程，较低的功率尤其是较高的价格，使得用于移动电池的研发受到了制约，但随

7、着人们面临的能源与环境问题日趋严重以及各国政府对能源和环境问题的日益重视，旨在用于移动驱动的钠硫电池的研发活动又重新年启动并活跃起来，其技术关键是钠离子导体的（）固体电解质的性能和高活性钠，高腐蚀性及多硫化钠（放电产物）储存和密封防腐技术固定应用方面与移动应用为目的钠硫电池研究不同，以固定应用为目标的钠硫电池研究一直受到重视，尤其在对再生能源储存方面的应用如用于太阳能和风能的储存目的主要为电力调峰，提高系统运行稳定性及提高电源质量钠硫电池储能系统根据不同应用场合及用户需要可设定多重运行模式，决定功率转换的方向与大小，

8、产生有功和无功输出储能削峰模式该模式采用双向功率变流器实现电池与电网能量的双向流动，分为三个运行阶段：（）充电阶段：该阶段，电网为负载和钠硫电流提供电能，通常是在用电低谷或用电高峰之后，这时钠硫电池当于一个大充电器（）放电阶段：该阶段钠硫电池对负载放电，可通过人机界面或运程监控系统控制逆变输出使得输出电压对电网侧电压保持跟随，实现稳定功率输出（