钠硫电池储能的安全性

钠硫电池安全吗?钠硫电池的各种安全隐患大部分都与电池300 ℃以上的运行温度有关，因此降低钠硫电池的工作温度成为近年来研究人员所关注的焦点之一。 室温钠硫电池具有初始放电容量较高的优点，但存在与锂硫电池类似的穿梭效应、钠枝晶和硫极利用率低等问题，导致室温钠硫电池的循环稳定性较差，目前无法商用。. 钠硫电池在储能领域有何优势?因此，在锂离子电池的原材料资源和安全性担忧依然突出的当下，钠硫电池以其资源优势、可长时放电、宽的环境适应温度范围以及较高的能量和体积密度在储能领域具有显著的商业化和可持续发展潜力。 表1 钠硫电池与锂离子电池应用于储能的主要技术参数[1, 10, 12, 20] Table 1 Main technical parameters of NAS battery and LIB for energy storage [1, 10, 12, 20] 注： ①数据更新对应的年份。. 室温钠硫电池有哪些优点?室温钠硫电池具有初始放电容量较高的优点，但存在与锂硫电池类似的穿梭效应、钠枝晶和硫极利用率低等问题，导致室温钠硫电池的循环稳定性较差，目前无法商用。 近年来，工作温度在100～200 ℃的中温钠电池体系的研究取得了丰富的成果，令人鼓舞 [124 - 128]。 中温钠硫电池与高温钠硫电池类似，同样采用 β" -Al 2 O 3 固体电解质和熔融钠负极，能有效避免钠枝晶和穿梭效应，现阶段具有更高的研究和应用价值 [129]。 然而由于运行温度降低，固体电解质的钠离子电导率下降，多硫化钠的溶解度降低等问题使中温钠硫电池的倍率性能相比于高温钠硫电池明显降低 [15 - 16]。 低温化与高比功率的矛盾成为中温钠硫电池发展的关键技术瓶颈。. 钠硫电池的密封件有哪些缺点?出于安全和性能方面的考虑，钠硫电池所有部件的密封必须具有高度完整性和气密性。 密封部件和集流体直接接触强还原性钠或强腐蚀性硫基电极材料，使它们的热匹配性和机械化学稳定性成为影响电池安全和性能的重要因素。 图2 所示的密封部件中， α -Al 2 O 3 陶瓷和 β" -Al 2 O 3 陶瓷之间的密封材料1通常采用玻璃材料，并且硼硅酸盐玻璃由于其高机械强度和化学耐久性而被优选 [57]。 然而，硼硅酸盐玻璃具有脆性高、密封温度高、易析出方石英、与密封件热膨胀匹配差等固有缺点 [110]，因此开发钠硫电池用的稳定性更好的玻璃类密封件仍具有挑战性。. 钠硫电池的结构和工作原理是什么?钠硫电池是一种钠和硫作为电池负极和正极活性材料、钠离子导电的固体电解质 β" -Al 2 O 3 同时作为电解质和隔膜的高温二次电池 [21]。 它的电池形式如下 (-)Na (l)| β "-Al 2 O 3 |S/Na 2 S x (l)|C (+) 基本的电池反应为 图2 为钠硫电池的结构和工作原理示意图。 钠硫电池一般设计为中心钠负极的管式结构，即装载钠储罐在固体电解质管内形成负极。 电池由钠负极、钠极安全管、陶瓷固体电解质 (一般为 β" -Al 2 O 3)及其封接件、硫 (或多硫化钠)正极、硫极导电网络 (一般为碳毡)、集流体和外壳等部分组成。. 钠硫电池技术在哪些国家得到应用研究和推广?与此同时，近些年钠硫电池技术也在其他国家得到应用研究和推广，包括美国、中国、韩国、瑞士等。 在我国，2006年，由中国科学院上海硅酸盐研究所 (SICCAS)与上海电力公司合作开展用于大规模储能应用的钠硫电池研究 [30 - 31]。