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盐与硫磺在碗中的激情

供稿:中国工控网 2016/8/15 10:57:48

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  • 关键词: 电力储存 钠硫电池 固体电解质 充电放电 电能 大容量储存
  • 摘要:电动汽车及电网储能项目正在快速增长,这对电力大容量存储提出了要求。其中能量密度较高的,容量较大的一种储能电池就是钠硫电池。本文形象生动的介绍了钠硫电池的双桶装结构,独特的电解质材料,电化学反应原理,以及运行特点。钠硫电池相比于其他储能电池,具有容量大,放电时间长的特点,是储能发展的重要方向之一。

  人要保持活力,身体必须储存能量,就得一日三餐,一碗一碗的吃饭。现代社会的活力,毋庸置疑是以电来保持的,那电力怎么储存呢?其中有一种方法,形象的说,就是盐与硫磺在碗中火热共舞实现的,这种方法使用的就是钠硫电池。下面来一一解释。

  高科技钠硫电池,讲起来可能比较复杂,其实它没有离开人类发展以来比较熟悉的几样东西----盐,硫磺和瓷器。钠是从氯化钠也就是盐中提取出来的,硫也就是硫磺的提纯,而作为电池固体电解质的,就是烧了几千年的瓷器,只不过有着更精细的结构。这三样就构成了钠硫电池的主要元素。结合下图讲,就是一个瓷碗里盛满了钠,然后把这个瓷碗放到一个盛满了硫的铁碗里,就做成了一个单体钠硫电池。就这么简单,当然要想实用,还有很多事要做,比如要把这两个碗绝对密封起来,否则钠从碗里洒出来,可不像掉个米粒那么简单,是要着火的。而铁碗还得是不锈钢的,否则很快就被腐蚀掉了。还有很多细节,这里就不展开讲了。

  那这个储能电池是怎么工作的呢? 其实原理跟其他化学电池是类似的,最大的不同就是它工作的时候是火热的,温度高达摄氏300度。在这个温度下,碗里的钠和硫都被融化了,处于液体的状态。在放电的正反应中,钠失去电子,变成钠离子从瓷碗的碗体中钻出来,与外面铁碗里的硫结合成钠硫化合物,等瓷碗里的钠快没了的时候,这个电池也就没电了,需要再充电了。在充电的逆反应中,钠离子在外界充电电势的作用下,又从铁碗中回到瓷碗中,等全部返回后,就重新具备了电势,满血复活了。钠和硫就在这两个碗中间,火热的结合分离,激情共舞,完成一次次充电和放电,储存并释放着无穷的电力。看着也很简单吧,这里面有个关键点,就是瓷碗的碗体上,要有很多微孔通道,让钠离子可以自由穿梭。这些离子进出的微孔,要不大不小,能在陶瓷上烧制出来,不容易,现在世界上没有几家可以做出来。

  把这两个碗拉长成半米高的桶状,就是一节实用型的钠硫电池的大致样子。以日本的钠硫电池为例,这么大的一节电池,所存储的电能,大概是普通5号充电电池的400倍。而一个标准的储能电池箱,大概有1200根这样的电池,足足可以储存1200度电! 而且这样的电池,按最高功率放电,可以持续6个小时!

  盐和硫磺,在这个神奇的碗里的激情共舞,为人类提供了一种高效的电力储存方式。钠硫电池目前已经有了较好的商业化进程,将来在可再生能源并网,调频辅助服务,电力输配,分布式发电及微网,电动汽车光储式充电站等领域,都会有更好的应用。

  (部分数据来源于日本NGK公司)


作者:马少华(爱索能源)

该作品已获作者授权,未经许可,禁止任何个人及第三方转载。


审核编辑(王静)
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