钠硫电池的组装与性能评价文献综述
2020-04-15 03:04
钠硫电池由美国福特汽车公司于 1966 年提出[1],主要作为一种新型动力电池应用于电动汽车方面。但由于技术原因及安全性问题导致其在动力汽车方面发展受到限制,而同样作为动力电池的锂电池则具有很大的优势[2,3]。目前使用的各种储能技术[4]中,钠硫电池以其优越的性能,逐渐引起各国研发人员的重视[5]。钠硫电池是一种特性优良的二次电池,其高能量密度、高安全性、长寿命、运行维护方便的优点,是各种二次电池中成熟且具潜力的一种储能电池。近年来,钠硫电池已经广泛在电力系统中应用于负荷平定、削峰填谷、应急电源、风力发电等方面。目前,国内外学者广泛重视钠硫电池的研究,致力于解决钠硫电力储能经济运行及安全性方面,使钠硫电池更加安全经济,具备较强的市场竞争力。
一般情况下电池通常是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳组成。一般常规
二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电极和液态电解质组成,而钠硫电池正好相反,它是由熔融态电极和固体电解质组成,工作温度为300-500 ℃。构成其负极的活性物质是熔融金属钠,正极活性物质是液态硫和多硫化钠熔盐。由于硫是绝缘体(电阻率为107 Ω#8226;cm),所以硫通常是填充在多孔的碳或石墨毡里,碳或石墨毡作为正极集流体。固体电解质兼隔膜是一种专门用于传导钠离子并被称为β-Al2O3的陶瓷材料,外壳则一般用不锈钢等金属材料。电池反应如下:
xS 2Na →Na2Sx(x = 3-5)
图 1高温钠硫电池的电极反应原理图[6]
上诉钠硫电池为高温钠硫电池,高温钠硫电池具有很多独特之处:(1)比能量(即单位质量或单位体积所具有的有效电能量)高,理论比能量为760 Wh#8226;Kg-1,实际比能量大于100 Wh#8226;Kg-1,是铅酸电池的3~4倍;(2)大电流、高功率放电和高效率充放电,放电电流密度一般可达200~300mA#8226;cm-2,并可瞬间放出其3倍的固有能量。由于采用固体电解质,所以不会发生采用液体电解质二次电池的自放电及副反应,充放电电流效率几乎为100%[7]。
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