钠硫电池研究分析
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储能的市场前景
太阳能、风能等可再生能源普及应用的关键技术 坚强智能电网的坚强关键技术
未来的电动车时代储能是其中重要的一环
电力储存用二次电池性能比较
电池种类 理论能量密度 （Wh/kg） 铅酸电池 167 钠硫电池 786 液流电池 100 锂离子电池 583
实际能量密度 （Wh/kg）
循环寿命（次） 适用范围 电池效率 特征 待解决问题
高的比功率 低的能量比 充放电寿命长 1百万次 快速充电 高可靠性 高价格和低能量比 超级电容器根据电化学双电容理论研制而成， 一般采用比面积很大的多孔活性碳作为电极 材料，因此具有很大的表面积。
钠硫电池
钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的， 至今才40年左右的历史。 电池通常是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等几部分 组成。 一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电 极和液体电解质构成，而钠硫电池则与之相反， 它是由熔融液态电极和固体电解质组成的， 负极活性物质：熔融金属钠， 正极活性物质：硫和多硫化钠熔盐，由于硫是绝缘体， 所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里， 固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料， 外壳则一般用不锈钢等金属材料。
1、国内外现状、水平和发展趋势
智能电网中大容量存储设备主要采用钠硫电池。由于钠硫电池是智 能电网的关键设备，必须在高压大电流的充电及运行中必须在线同步 实时（100us）检测每节电池的电流、电压、温度、湿度，确保工作统 一，稳定。这类技术简称BMS技术。 2020年底电网总储能设备可达到1.3亿千瓦，这样可填补用电最高 负荷与平均负荷之间的差距，若假设储能电池占到总储能设备比重 10%，那么2020年末我国储能电池总容量可到13000MW。国家电网将 于2010年招标张北7.50MW电池储能项目。 钠硫电池领域技术领先的生产商是日本NGK公司，是目前为止世界 上唯一提供商业化产品的钠硫电池供应商，公司正在世界范围内为一 些小规模试验项目提供电池。最大的钠硫电池储能站为9.6MW／ 57.6MWh。其钠硫电池运行参数实时检测技术为该公司自行研发的检 测系统。 中国科学院上海硅酸盐研究所通过和上海市电力公司合作，成功研 制出容量为650Ah的钠硫储能单体电池，使我国成为继日本之后世界上 第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。但钠硫电池运行参 数实时检测技术的研发还没有开展。
钠硫电池原理
放电时的反应过程： 1）Na离解成Na+和电子 2）Na+穿过β-Al2O3向正极移动
3）Na+与S及电子反应生成多硫化钠
钠硫电池的特点
主要的优点 能量密度大：大功率钠硫电池先进的结构设计使其理论比能量 高达760Wh/kg，实际大于100Wh/kg； 功率密度大； 使用寿命长：大功率钠硫电池连续充放电近2万次，使用寿命 可达10到15年； 原材料钠硫易得； 无自放电、记忆效应； 体积小、重量轻、便于模块化制造安装，建设周期短。 不足： 工作温度在300-350℃，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。 安全问题：S易燃。
NaS电池应用现状（2002年）
•开始进入实用化阶段 •到2002年底，日本国内已有超过2万kW的NaS电池投入使用。 •主要用于UPS、电压波谷补偿等。已商品化。
2、知识产权状况和技术标准状况
世界各公司申 请公开的与钠硫 电池相关的专利 如下表所示，这 其中有关钠硫电 池运行参数实时 检测技术的专利 寥寥无几，由于 各国的钠硫电池 的性能质量不尽 相同，暂时没有 统一的技术标准。
目前采用的解决办法：
真空保温：采用高性能的真空绝热保温技术，可有效地解决这一问题
30-40
>2000 数kW-数MW 85% 价格低 能量密度低 循环寿命待 提高
100-120
>2500 数kW-数MW 90% 耐久性好 能量密度高 价格有待降 低
？
>2500 数十kW-数MW 80% 耐久性好 能量密度有 待提高 电解液存储 槽占地
100-120
>1000 数十kW以下 90% 能量密度高 可大电流放电 容量有待提高 价格有待降低 循环寿命有待 提高
混合储能系统
超级电容器与蓄电池在技术性能上具有较强的互补性。负 载脉动和输入波动较大时，超级电容器都能起到一定的滤 波作用，蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平， 减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池的使用寿命， 同时也提高了整个系统的工作效率。 新能源发电系统 电动汽车领域
百度文库
超级电容器
研究与应用现状
钠硫电池作为新型化学电源家族中的一个新成员出现后，已 在世界上许多国家受到极大的重视和发展。由于钠硫电池具 有高能电池的一系列诱人特点，所以一开始不少国家就首先 纷纷致力于发展其作为电动汽车用的动力电池，也曾取得了 不少令人鼓舞的成果，但随着时间的推移表明：
不适合移动场合：钠硫电池在移动场合下(如电动汽车)使用条 件比较苛刻，无论从使用可提供的空间、电池本身的安全等 方面均有一定的局限性。所以在80年代末和90年代初开始， 国外重点发展钠硫电池作为固定场合下(如电站储能)应用，并 越来越显示其优越性。
钠硫电池相关的专利
目前中国有关钠硫电池发表的论文
目前的主要技术攻关仍在性能，工艺上的研究，发热保险技术研究并不多
我们小组现在需要讨论的问题是： 钠硫电池的发热保险技术
目前的问题是：工作温度在300-350℃，电池工作时需要一定的加热保温。它在充 放电过程中都会放出很大的热量。 由于钠硫电池的构造及工作原理，钠硫电池存在以下两大安全风险。 第一，由于使用了钠，因此着火时不能浇水。必须采用沙子掩盖等手段来灭火， 所以钠硫电池的设置单位及消防机构需要采取特殊措施。 第二，由于钠硫电池的工作温度需达300—350℃，当电池单元着火时，火势就 容易向周围的其他电池单元蔓延，而且控制火势需要大量时间。
太阳能、风能等可再生能源普及应用的关键技术 坚强智能电网的坚强关键技术
未来的电动车时代储能是其中重要的一环
电力储存用二次电池性能比较
电池种类 理论能量密度 （Wh/kg） 铅酸电池 167 钠硫电池 786 液流电池 100 锂离子电池 583
实际能量密度 （Wh/kg）
循环寿命（次） 适用范围 电池效率 特征 待解决问题
高的比功率 低的能量比 充放电寿命长 1百万次 快速充电 高可靠性 高价格和低能量比 超级电容器根据电化学双电容理论研制而成， 一般采用比面积很大的多孔活性碳作为电极 材料，因此具有很大的表面积。
钠硫电池
钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的， 至今才40年左右的历史。 电池通常是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等几部分 组成。 一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电 极和液体电解质构成，而钠硫电池则与之相反， 它是由熔融液态电极和固体电解质组成的， 负极活性物质：熔融金属钠， 正极活性物质：硫和多硫化钠熔盐，由于硫是绝缘体， 所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里， 固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料， 外壳则一般用不锈钢等金属材料。
1、国内外现状、水平和发展趋势
智能电网中大容量存储设备主要采用钠硫电池。由于钠硫电池是智 能电网的关键设备，必须在高压大电流的充电及运行中必须在线同步 实时（100us）检测每节电池的电流、电压、温度、湿度，确保工作统 一，稳定。这类技术简称BMS技术。 2020年底电网总储能设备可达到1.3亿千瓦，这样可填补用电最高 负荷与平均负荷之间的差距，若假设储能电池占到总储能设备比重 10%，那么2020年末我国储能电池总容量可到13000MW。国家电网将 于2010年招标张北7.50MW电池储能项目。 钠硫电池领域技术领先的生产商是日本NGK公司，是目前为止世界 上唯一提供商业化产品的钠硫电池供应商，公司正在世界范围内为一 些小规模试验项目提供电池。最大的钠硫电池储能站为9.6MW／ 57.6MWh。其钠硫电池运行参数实时检测技术为该公司自行研发的检 测系统。 中国科学院上海硅酸盐研究所通过和上海市电力公司合作，成功研 制出容量为650Ah的钠硫储能单体电池，使我国成为继日本之后世界上 第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。但钠硫电池运行参 数实时检测技术的研发还没有开展。
钠硫电池原理
放电时的反应过程： 1）Na离解成Na+和电子 2）Na+穿过β-Al2O3向正极移动
3）Na+与S及电子反应生成多硫化钠
钠硫电池的特点
主要的优点 能量密度大：大功率钠硫电池先进的结构设计使其理论比能量 高达760Wh/kg，实际大于100Wh/kg； 功率密度大； 使用寿命长：大功率钠硫电池连续充放电近2万次，使用寿命 可达10到15年； 原材料钠硫易得； 无自放电、记忆效应； 体积小、重量轻、便于模块化制造安装，建设周期短。 不足： 工作温度在300-350℃，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。 安全问题：S易燃。
NaS电池应用现状（2002年）
•开始进入实用化阶段 •到2002年底，日本国内已有超过2万kW的NaS电池投入使用。 •主要用于UPS、电压波谷补偿等。已商品化。
2、知识产权状况和技术标准状况
世界各公司申 请公开的与钠硫 电池相关的专利 如下表所示，这 其中有关钠硫电 池运行参数实时 检测技术的专利 寥寥无几，由于 各国的钠硫电池 的性能质量不尽 相同，暂时没有 统一的技术标准。
目前采用的解决办法：
真空保温：采用高性能的真空绝热保温技术，可有效地解决这一问题
30-40
>2000 数kW-数MW 85% 价格低 能量密度低 循环寿命待 提高
100-120
>2500 数kW-数MW 90% 耐久性好 能量密度高 价格有待降 低
？
>2500 数十kW-数MW 80% 耐久性好 能量密度有 待提高 电解液存储 槽占地
100-120
>1000 数十kW以下 90% 能量密度高 可大电流放电 容量有待提高 价格有待降低 循环寿命有待 提高
混合储能系统
超级电容器与蓄电池在技术性能上具有较强的互补性。负 载脉动和输入波动较大时，超级电容器都能起到一定的滤 波作用，蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平， 减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池的使用寿命， 同时也提高了整个系统的工作效率。 新能源发电系统 电动汽车领域
百度文库
超级电容器
研究与应用现状
钠硫电池作为新型化学电源家族中的一个新成员出现后，已 在世界上许多国家受到极大的重视和发展。由于钠硫电池具 有高能电池的一系列诱人特点，所以一开始不少国家就首先 纷纷致力于发展其作为电动汽车用的动力电池，也曾取得了 不少令人鼓舞的成果，但随着时间的推移表明：
不适合移动场合：钠硫电池在移动场合下(如电动汽车)使用条 件比较苛刻，无论从使用可提供的空间、电池本身的安全等 方面均有一定的局限性。所以在80年代末和90年代初开始， 国外重点发展钠硫电池作为固定场合下(如电站储能)应用，并 越来越显示其优越性。
钠硫电池相关的专利
目前中国有关钠硫电池发表的论文
目前的主要技术攻关仍在性能，工艺上的研究，发热保险技术研究并不多
我们小组现在需要讨论的问题是： 钠硫电池的发热保险技术
目前的问题是：工作温度在300-350℃，电池工作时需要一定的加热保温。它在充 放电过程中都会放出很大的热量。 由于钠硫电池的构造及工作原理，钠硫电池存在以下两大安全风险。 第一，由于使用了钠，因此着火时不能浇水。必须采用沙子掩盖等手段来灭火， 所以钠硫电池的设置单位及消防机构需要采取特殊措施。 第二，由于钠硫电池的工作温度需达300—350℃，当电池单元着火时，火势就 容易向周围的其他电池单元蔓延，而且控制火势需要大量时间。