关键词：钠硫电池、光伏发电、别墅太阳能发电

 

管式设计的钠硫电池虽然充分显示了其大容量和高比能量的特点，在多种场合获得了成功的应用，但在光伏发电行业还没有应用，而且与锂离子电池、超级电容器、液流电池等膜设计的电化学储能技术相比，它在功率特性上没有优势。平板式设计有一些管式电池不具备的优点。首先，平板式设计允许更薄的阴极，对给定的电池体积，有更大的活性表面积，有利于电子和离子的传输；其次，相对管式电池使用的1〜3mm的电解质而言，平板式设计可使用更薄的电解质(小于1 mm)；另外，平板式设计使得单体电池组装电池堆的过程简化，有利于提高整个电池堆的效率。因此，平板式设计的电池可能获得较高的功率密度和能量密度，电池的平板设计在别墅太阳能发电行业上用的最广泛。最近，美国西南太平洋国家实验室（PNNL)对中温Na-S电池进行了研究，并取得了较好的结果，其结构原理如图所示。该电池的特点在于采用厚度为600µm的β”-Al₂O₃陶瓷片作为固体电解质，1 mol/LNal的四乙二醇二甲醚溶液作为阴极溶剂。但是，平板钠硫电池存在密封脆弱导致安全性能差等严重隐患，就不能应用在别墅太阳能发电行业，所以还有待进一步的研究和开发。

图： PNNL用平板式实验钠硫电池结构设计图

 

钠硫电池虽然在大规模储能方面成功应用近20年，但在光伏发电行业的别墅太阳能发电产业还未应用，而且其较高的工作温度以及在高温下增加的安全隐患一直是人们关注的问题，近年来，人们在探索常温钠硫电池方面开展了一系列的研究工作。一些实验室研究了使用聚合物（PEO或PVDF) 或有机溶剂（四乙二醇二甲醚或碳酸乙烯酯以及碳酸二甲酯)作为电解质研制室温 Na-S电池。例如，上海交通大学的王久林等采用与锂离子二次电池类似的方法组装室温纽扣Na-S电池，采用S和聚丙烯腈的复合物作为阴极材料，得到了 655 mA h/g的首次放电容量(见下图)， 18次循环后容量下降到500 mAh/g。这些研究工作对钠硫电池的低温化是有益的尝试，但它们离实际应用的距离尤其是在别墅太阳能发电行业方面的应用还很远。在某种意义上，这些室温Na-S电池借鉴了Li-S电池的概念，因此存在着与Li-S电池类似的问题,例如阴极组分溶于电解液导致自放电和快速的容量衰退，钠枝晶的形成和对电池失效的影响，硫阴极利用率低等问题。

图：采用四乙二醇二甲醚作为阴极溶剂的室温Na-S电池首次充放电曲线

大容量钠硫电池在规模化储能方面的成功应用以及钠与硫在资源上的优势，激发了人们对钠硫电池在光伏发电行业应用开发的热情，钠硫电池储能技术的发展势头将在较长的时间内继续保持并不断取得新进展。