钠硫电池
通常情况下,钠硫电池由正极、负极、电解质、隔阂和外壳组成,与一般二次电池(铅酸电池、镍镉电池等)不同,钠硫电池是由熔融电极和固体电解质组成,负极的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熔盐。
钠硫电池(NaS)作为一种新式化学电源,自面世以来已有了很大开展。钠硫电池体积小、容量大、寿命长、效率高,在电力储能中广泛应用于削峰填谷、应急电源、风力发电等储能方面。
钠硫电池效果
钠与硫就会通过化学反响,将电能贮存起来,当电网需求更多电能时,它又会将化学能转化成电能,开释出去,钠硫电池的“蓄洪”功能十分优异,即便输入的电流忽然超越额定功率5-10倍,它也能恬然接受,再以安稳的功率开释到电网中——这关于大型城市电网的平稳运转特别有用。
太阳能、风能等新能源尽管洁净,但发电功率很不安稳。这会给整个电网带来不期而至的“洪峰”。储能电站会将这些“绿电”先照单全收,再依据电网需求输出。
钠硫电池是以Na-beta-氧化铝(AL2O3)为电解质和隔阂,并别离以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。钠硫电池用于储能具有独特的优势,首要体现在原资料和制备本钱低、能量和功率密度大、效率高、不受场所约束、保护便利等方面。
钠硫电池的内部结构
2010年上海世博会期间,在国家电网馆人们会被一个高约半米的巨大电池所招引,这样一个电池便是由中国科学院上海硅酸盐研讨所自行研制成功的钠硫电池。钠硫电池归于中温绿色二次电池,具有容量大、体积小、能量贮存和转化效率高、寿命长、不受地域约束等长处,十分适宜电力储能。世博会上展出的钠硫电池在充满电后相当于2250节一般AA型碳电池。如此有用的钠硫电池的发现居然源于一个风趣的“灵光一现”。怎么回事呢?听我给咱们讲讲。
1966年,福特汽车公司的韦伯、库莫尔等人以及陶氏化学公司的鲍勃·海茨、威廉·布朗、查尔斯·莱文等人独立发明晰钠硫电池。福特汽车公司的钠硫电池选用β-氧化铝作为固体电解质,而陶氏的选用的是玻璃电解质。查尔斯描绘了他其时在陶氏时发现钠硫电池的阅历。他其时正在用超细中空纤维电解质做氢气燃料电池。在一个类似于多管锅炉的结构中,直径在100—200微米的中空纤维缠在一起了,纤维的内壁有金属掩盖,外壁是塑料化的。氢气从管中流过,空气从管外流过。可是当他们终究决议电极中铂催化剂的使用量时,他们发现这个电池本钱太高,在太空和军事范畴都没有用了。所以他们想咱们这个技能中心还有什么是有用的呢?他们的研讨主管鲍勃·海茨提出咱们能不能把这个纤维中心填满钠作为钠电极呢?1964年的圣诞清晨,他们用Cu+-Cu2+作为阴极拼装出了第一个钠电池。之后开端寻觅适宜的阴极资料来完成电池的可逆。这时,威廉·布朗提出用硫,却当即就遭到质疑。由于硫是一个近乎绝缘的资料,用它作为电极资料有些难以想象。但是,1965年一月末的一天,他们所做的钠硫电池完成了可逆充放电!之后就有了钠硫电池的长足开展了。可见一个看起来没用的作业,或许会对其他范畴有启示呢!
那么现在咱们看到的钠硫电池的详细结构和结构到底是怎样的呢?让咱们一起来揭秘钠硫电池的内部中心吧。
钠硫电池在一些方面不同与一般的电池。它选用的是固体电解质和液态金属负极资料。
一张图看懂钠硫电池
图中右侧所示的是钠硫电池充放电进程中的电极反响进程。放电时熔融钠阳极失电子变成钠离子,钠离子经固体电解质抵达硫阴极构成多硫化钠。电子经外电路抵达阴极参加反响。充电时钠离子从头通过电解质回到阳极,进程与放电时相反。放电深度不同,多硫化钠的首要成分也不同。一般所说的钠硫电池的理论容量760Wh Kg-1是彻底生成Na2S3来核算的。
图中左边所示的是以钠为芯的柱状钠硫电池的内部结构剖面示意图。深灰色部分为固体电解质,现在一般选用β’’-氧化铝,它是一种有着氧化铝骨架层和钠离子导电层交织摆放的晶格结构的陶瓷资料。固体电解质是电池最重要的部分,承担着传导钠离子和隔阂的两层效果。中心的绿色部分是钠阳极,在电池作业温度(300—350℃)下,呈熔融态。蓝色部分为钠极集流体,引出后作为负极终端。外部的橘色部分为硫和多硫化钠阴极资料。由于硫的导电性欠好,因而一般参加碳毡添加电极资料的导电性。赤色部分为硫极集流体,也一起作为电池外壳。由于多硫化钠有较强的腐蚀性,所以一般选用抗腐蚀的不锈钢作为电池外壳。
咱们能够发现钠硫电池所选用的电极资料都是比较轻的元素,并且整个电池没有选用对环境有污染的资料,因而能够说钠硫电池是一个抱负的绿色二次电源,在储能和电动车等范畴很有潜力。