关键词：钠硫电池、光伏发电、别墅太阳能发电

 

光伏发电行业的科研人员认为，在衡量具有实用性的储能技术的多项技术指标中，成本是需要优先考虑的问题。金属钠作为仅次于锂的第二轻的金属元素，丰度高达2. 3%〜2. 8%，比锂高4〜 5个数量级。从成本角度来看，将钠应用于储能技术具有一定的优势。

 

把以金属钠为负极的二次电池统称为钠电池。钠硫电池是一种典型的钠电池，是目前应用非常成功的一种大规模静态储能技术，在别墅太阳能发电方面的应用却不广泛。据中国储能专业委员会 (CNESA)不完全统计，从2000年到2013年6月底，除抽水蓄能、压缩空气以及储热项目外，全球储能项目在电力系统的累计装机量已达到690 MW，其中钠硫电池的比例为48%，占据领先地位。别墅太阳能发电领域的科研人员也在对改领域进行探索。

 

图是钠硫电池的结构示意图，相应的设计为中心负极设计，即钠装载在 beta-氧化铝电解质陶瓷管中形成负极。除此之外，还有将硫装入电解质陶瓷管内形成正极的中心正极设计。电池由熔融钠负极、钠极毛细层、固体电解质、熔融硫（或多硫化钠）、硫极导电网络(一般为碳毡）、集流体和外壳等部分组成。这些与光伏发电的电池板组件构成不同。一方面，固体电解质β”-氧化铝在一定温度时具有足够高的离子导电性，另一方面，过高的温度将由于硫极多硫化钠过高的蒸汽压而在电池内部产生大的压力，降低电池安全性能，因此电池的工作温度控制在300〜350°C。在电池的工作温度下，钠与硫均呈液态。电池放电时，负极钠失电子变为Na离子，Na⁺通过β”-氧化铝固体电解质迁移至正极与硫离子反应生成多硫化钠，同时电子经外电路到达正极使硫变为硫离子。反之，充电过程中，Na⁺通过固体电解质返回负极与电子结合生成金属钠。电池的开路电压与正极材料(Na₂Sx)的成分有关，通常为1. 6〜2. 1 V。

图：钠硫电池的结构示意图

 

与用于别墅太阳能发电的电池相比，钠硫电池拥有许多明显的优点：①比能量高。钠硫电池理论比能量为 760 Wh/kg，是铅酸电池的3〜4倍；②功率大。用于储能的钠硫单体电池功率达到 120 W以上，形成模块后，模块功率通常达到数十千瓦，可直接用于储能；③库伦效率高。由于采用固体电解质，电池几乎没有自放电现象，充放电效率几乎为100%; ④电池运行无污染。电池采用全密封结构,运行中无振动无噪声，没有气体放出，预期寿命长;⑤制造便利，成本低。此外，电池的结构简单，维护方便，原料成本低廉。这些优点都受到光伏发电行业科研人员的高度重视，他们也希望将这些优点用于别墅太阳能发电的应用上。