钠硫电池的结构组成_钠硫电池的作用

　　钠硫电池的结构组成

　　钠硫电池在一些方面不同与一般的电池。它采用的是固体电解质和液态金属负极材料。

　　图中右侧所示的是钠硫电池充放电过程中的电极反应过程。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到达硫阴极形成多硫化钠。电子经外电路到达阴极参与反应。充电时钠离子重新经过电解质回到阳极，过程与放电时相反。放电深度不同，多硫化钠的主要成分也不同。一般所说的钠硫电池的理论容量760Wh Kg-1是完全生成Na2S3来计算的。

　　图中左侧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，现在一般采用β’’-氧化铝，它是一种有着氧化铝骨架层和钠离子导电层交错排列的晶格结构的陶瓷材料。固体电解质是电池最重要的部分，承担着传导钠离子和隔膜的双重作用。中间的绿色部分是钠阳极，在电池工作温度（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材料。由于硫的导电性不好，因此一般加入碳毡增加电极材料的导电性。红色部分为硫极集流体，也同时作为电池外壳。因为多硫化钠有较强的腐蚀性，所以一般采用抗腐蚀的不锈钢作为电池外壳。

　　我们可以发现钠硫电池所采用的电极材料都是比较轻的元素，而且整个电池没有采用对环境有污染的材料，因此可以说钠硫电池是一个理想的绿色二次电源，在储能和电动车等领域很有潜力。

　　钠硫电池的主要特点

　　钠硫电池具有许多特色之处：一个是比能量（即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量）高。其理论比能量为760Wh/Kg，实际已大于150Wh/Kg，是铅酸电池的3-4倍。如日本东京电力公司（TEPCO）和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，其应用目标瞄准电站负荷调平（即起削峰平谷作用，将夜晚多余的电存储在电池里，到白天用电高峰时再从电池中释放出来）、UPS应急电源及瞬间补偿电源等，并于2002年开始进入商品化实施阶段，已建成世界上最大规模（8MW）的储能钠硫电池装置，截止2005年10月统计，年产钠硫电池电池量已超过100MW，同时开始向海外输出。

　　另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2，并瞬时间可放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100%。当然，事物总是一分为二的，钠硫电池也有不足之处，其工作温度在300-350℃，所以，电池工作时需要一定的加热保温。但采用高性能的真空绝热保温技术，可有效地解决这一问题。

　　钠硫电池的作用

　　钠与硫就会通过化学反应，将电能储存起来，当电网需要更多电能时，它又会将化学能转化成电能，释放出去，钠硫电池的“蓄洪”性能非常优异，即使输入的电流突然超过额定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以稳定的功率释放到电网中——这对于大型城市电网的平稳运行尤其有用。

　　太阳能、风能等新能源虽然洁净，但发电功率很不稳定。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，再根据电网需求输出。

　　钠硫电池是以Na-beta-氧化铝（AL2O3）为电解质和隔膜，并分别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到的优势，主要体现在原材料和制备成本低、能量和功率密度大、效率高、不受场地限制、维护方便等方面。