稀有金属离子对beta-Al2O3固体电解质的影响研究文献综述

 2021-09-27 00:15:11

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文献综述

1.1引言

1.1.1钠硫电池的发展现状及前景

随着社会经济的发展，电力需求与日剧增，与此同时，电力供应的昼夜峰谷差也日益增大，能源紧缺不断加剧。尽管近年来新能源发电技术发展迅速，产业规模、经济性和市场化进程逐年提高，然而，风能和太阳能发出的电力具有不稳定性和连续性，不利于大规模发展。所以，可以将不稳定的电力收集起来并在适当的时候降其平稳释放的储能装置，在新能源利用的广大领域中具有不可替代的作用，显示出非常良好的发展前景。

钠硫电池由美国Ford公司于1967年首先发明公布[1],其由熔融态电极和固体电解质组成，工作温度为300～350℃，负极活性物质为熔融金属钠正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐，通常采用多孔的碳或石墨毡作为正极集流体。钠硫电池中的固体电解质兼隔膜是一种专门用于传导钠离子并被称为β-Al2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。

钠硫电池具有很多独特之处是其他电池难以比拟的:（1）比能量高：钠硫电池的理论比能量（即单位质量或单位体积所具有的有效电能量）为760Wh/kg,实际比能量大于150Wh/kg是铅酸电池的3～4倍；(2)可大电流、高功率放电：充放电电流密度高，放电电流密度一般可达200～300mAcm-2，并可瞬间放出其3倍的固有能量；（3）充放电效率高：由于采用固体电解质，所以不会发生采用液体电解质二次电池的自放电及副反应，充放电电流效率几乎为100%。

目前，钠硫电池在日本、北美、欧洲的电力系统中的应用得到的迅速的发展。我国早在196年就由上海硅酸研究所开始了相关的研究，但在产业化、商业化等方面与世界领先水平还有一定差距。

受新能源汽车补贴政策和特斯拉效应共振，电动汽车板块受到市场持续关注。电池作为新能源车的最重要组成部分，成本占比逾30%。专家表示，[2]钠硫电池价格是目前厂商使用的锂电池的一半，发展潜力大为可观，并且比尔.盖茨看好钠硫电池作为动力用电池，频频增加投资。

1.1.2钠硫电池的应用

高温钠硫电池运行温度很高（300～400℃），对材料的性能、生产工艺和电池的结构设计有很高的要求。其中β″-氧化铝陶瓷的制备是核心技术。[3]日本NGK公司在1992年建立了世界上第一个钠硫电池示范储能电站，自2002年以来在全世界6个以上的国家建立了174座以上的储能电站，超过305MW的存储规模，被广泛用于平衡负载和应急电源。中国科学院上海硅酸盐研究所从1968年开始进行钠硫电池的相关研究工作，上海电气（集团）总公司、国家电网上海市电力公司、中国科学院上海硅酸盐研究所于2012年成立上海电气钠硫储能技术有限公司从事钠硫电池的研究生产工作。

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