BU-210a:为什么钠-硫需要加热

了解只在加热时运行的电池

钠硫电池,也被称为钠-氧化铝电池(NBB),熔盐或高温陶瓷电池,只有二次版本。该电池的特征是陶瓷固体电解质和液体电极:钠在阳极和硫在阴极。高导电性是通过将堆栈加热到270-360°C(518-680°F)的温度获得的。

电极在室温下是固态的,因此在低温下是不活跃的,在这种状态下电池可以保存50年以上。电池必须用热源激活,电极变成液体。熔盐具有良好的离子导电性,有利于大功率和长寿命。

可充电钠硫(NaS)在20世纪70年代和80年代受到了世界范围内的广泛关注。今天,这种电池被成功地应用于许多应用中,主要是在高使用期间分配补充能源或在必要时提供可再生能源。

熔融钠陶瓷电池有两种化学成分:NaS和ZEBRA。ZEBRA最初代表非洲沸石电池研究,但现在被称为零排放电池研究活动。两种电池都基于类似的技术,具有以下特点:
  1. 电解质是固体β-氧化铝陶瓷
  2. 阳极由纯钠组成
  3. 离子是Na+通过-氧化铝
  4. 电池性能在300°C左右最优。
NaS电池的不同之处在于阴极为硫;ZEBRA是金属卤化钠,通常是氯化镍NiCl2。二次液体电解质改善了ZEBRA电池的性能,一般为熔融的四氯铝酸钠NaAlCl4。

熔融钠陶瓷电池

图1:熔融钠陶瓷电池
资料来源:NAS储能系统


阴极材料控制电池电压:NAS具有2V的标称电压;斑马提供2.58V。特定能量为200-250Wh / kg,与锂离子相当的水平。现代NAS电池的制造商索赔4,500和15 - 20年的生命时间的循环寿命。C速率负荷在1​​/4和1/8之间相对较低(0.12至0.25℃)。NAS和斑马电池可以快速充电,无毒,原料丰富,低成本。这些电池的尺寸为10kWh或更高;斑马的典型应用是叉车,铁路,船舶,潜艇和电动汽车。NAS电池典型的200kWh模块允许堆叠。

1967年,福特电机用熔融钠陶瓷电池装配一辆汽车。认为城市汽车有斑马或锂离子电池。熔融钠陶瓷电池在热气候运行时具有常规电池的优势,当电池连续使用时,如出租车和送货车。然而,主要应用是负载调平,也称为网格存储和电池储能系统(BESS)。

1989年,日本的NGK在熔融材料之间添加了薄β氧化铝陶瓷电解质膜。陶瓷膜仅允许带正电荷的钠离子在从负熔融钠到正熔融硫的排出期间通过。充电逆转过程。2002年,NGK采用商业NAS固定电池生产,可再生能源的电网支持。图2示出了这样的安装。


大型网格级钠硫(NaS)电池
图2:NGK在世界各地开发了大型网格钠硫(NAS)电池。NAS表示总电化学网格储存的约3%。
来源:NGK


熔融钠陶瓷电池必须加热至270-350°C(518-662°F)。即使具有最小化热量损失的特殊绝缘,如果未使用,加热每天也消耗电池的14%。但是每天一个循环,欧姆损耗足以维持系统在运行范围内,因此不需要加热。现场经验表明,系统的加热对应于每年约300周期的约2%。冷静下来需要3到4天;根据SOC,再加热约为2天。

常见的故障是由于绝缘体的腐蚀而导致的电短路,从而变得导电,以及枝晶的生长,从而增加自放电。ZEBRA电池比钠硫电池安全,电短路不会导致电池完全失效。

据德国亚琛工业大学(2018)报道,NaS电池系统的成本约为每千瓦时525美元。Fraunhofer IKTS正在开发一种新的ZEBRA电池,电池的目标价格为每千瓦时100欧元,材料成本低于每千瓦时30美元。NaS电池拥有一个有利的成本,电力持续时间为4至8小时或更长的满负荷运行。锂离子电池是强有力的竞争者,在1 - 2小时的放电中赢得了市场。铅酸电池通常用于需要最小循环的备用操作。


上次更新时间:11月20日2020年11月20日

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评论(4)





2021年3月25日下午6:37
弗兰克写道:

你好,我有一些湿电池nicad型安装到一个旧的叉车,托盘搬运工。在充电之前,我应该用去离子水、脱矿水和蒸馏水来补充电解质。我希望去离子化,因为这是可以得到的,如果有的话,从我当地的汽车商店。

2021年1月9日下午4:55
罗伯特·瓦府写道:

地下矿山开始在那里使用斑马电池电机,为什么这是有更好的选择,这些机器可以重40吨

2019年6月25日凌晨3:16
Gilles写道:

不错的文章,但是你有没有参考文献
“熔融钠陶瓷电池必须加热至270-350°C(518-662°F)。即使具有最小化热量损失的特殊绝缘,如果未使用,加热每天也消耗电池的14%。但是每天一个循环,欧姆损耗足以维持系统在运行范围内,因此不需要加热。现场经验表明,系统的加热对应于每年约300周期的约2%。冷静下来需要3到4天;根据SoC,再加热约为2天。“
谢谢你。

2016年9月22日上午8:06
Preethi写道:

我们可以将斑马电池用于电力系统的储能应用吗