鈉硫電池的結(jié)構(gòu)組成

　　鈉硫電池在一些方面不同與一般的電池。它采用的是固體電解質(zhì)和液態(tài)金屬負(fù)極材料。

　　圖中右側(cè)所示的是鈉硫電池充放電過程中的電極反應(yīng)過程。放電時(shí)熔融鈉陽極失電子變成鈉離子，鈉離子經(jīng)固體電解質(zhì)到達(dá)硫陰極形成多硫化鈉。電子經(jīng)外電路到達(dá)陰極參與反應(yīng)。充電時(shí)鈉離子重新經(jīng)過電解質(zhì)回到陽極，過程與放電時(shí)相反。放電深度不同，多硫化鈉的主要成分也不同。一般所說的鈉硫電池的理論容量760Wh Kg-1是完全生成Na2S3來計(jì)算的。

　　圖中左側(cè)所示的是以鈉為芯的柱狀鈉硫電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面示意圖。深灰色部分為固體電解質(zhì)，現(xiàn)在一般采用β’’-氧化鋁，它是一種有著氧化鋁骨架層和鈉離子導(dǎo)電層交錯(cuò)排列的晶格結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。固體電解質(zhì)是電池最重要的部分，承擔(dān)著傳導(dǎo)鈉離子和隔膜的雙重作用。中間的綠色部分是鈉陽極，在電池工作溫度（300—350℃）下，呈熔融態(tài)。藍(lán)色部分為鈉極集流體，引出后作為負(fù)極終端。外部的橘色部分為硫和多硫化鈉陰極材料。由于硫的導(dǎo)電性不好，因此一般加入碳?xì)衷黾与姌O材料的導(dǎo)電性。紅色部分為硫極集流體，也同時(shí)作為電池外殼。因?yàn)槎嗔蚧c有較強(qiáng)的腐蝕性，所以一般采用抗腐蝕的不銹鋼作為電池外殼。

　　我們可以發(fā)現(xiàn)鈉硫電池所采用的電極材料都是比較輕的元素，而且整個(gè)電池沒有采用對(duì)環(huán)境有污染的材料，因此可以說鈉硫電池是一個(gè)理想的綠色二次電源，在儲(chǔ)能和電動(dòng)車等領(lǐng)域很有潛力。

　　鈉硫電池的主要特點(diǎn)

　　鈉硫電池具有許多特色之處：一個(gè)是比能量（即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量）高。其理論比能量為760Wh/Kg，實(shí)際已大于150Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍。如日本東京電力公司（TEPCO）和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲(chǔ)能電池，其應(yīng)用目標(biāo)瞄準(zhǔn)電站負(fù)荷調(diào)平（即起削峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲(chǔ)在電池里，到白天用電高峰時(shí)再從電池中釋放出來）、UPS應(yīng)急電源及瞬間補(bǔ)償電源等，并于2002年開始進(jìn)入商品化實(shí)施階段，已建成世界上最大規(guī)模（8MW）的儲(chǔ)能鈉硫電池裝置，截止2005年10月統(tǒng)計(jì)，年產(chǎn)鈉硫電池電池量已超過100MW，同時(shí)開始向海外輸出。

　　另一個(gè)是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達(dá)200-300mA/cm2，并瞬時(shí)間可放出其3倍的固有能量；再一個(gè)是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾乎100%。當(dāng)然，事物總是一分為二的，鈉硫電池也有不足之處，其工作溫度在300-350℃，所以，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫。但采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)，可有效地解決這一問題。

　　鈉硫電池的作用

　　鈉與硫就會(huì)通過化學(xué)反應(yīng)，將電能儲(chǔ)存起來，當(dāng)電網(wǎng)需要更多電能時(shí)，它又會(huì)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，釋放出去，鈉硫電池的“蓄洪”性能非常優(yōu)異，即使輸入的電流突然超過額定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以穩(wěn)定的功率釋放到電網(wǎng)中——這對(duì)于大型城市電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行尤其有用。

　　太陽能、風(fēng)能等新能源雖然潔凈，但發(fā)電功率很不穩(wěn)定。這會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)帶來不期而至的“洪峰”。儲(chǔ)能電站會(huì)將這些“綠電”先照單全收，再根據(jù)電網(wǎng)需求輸出。

　　鈉硫電池是以Na-beta-氧化鋁（AL2O3）為電解質(zhì)和隔膜，并分別以金屬鈉和多硫化鈉為負(fù)極和正極的二次電池。鈉硫電池用于儲(chǔ)能具有獨(dú)到的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在原材料和制備成本低、能量和功率密度大、效率高、不受場地限制、維護(hù)方便等方面。