1.钠硫电池概述 1.1钠硫电池的简介 随着能源紧缺不断加剧，能源的供应也逐步多元化，大力发展可再生能源是全球未来电力生产的大方向。

目前，全球风电装机容量已达25000 MW以上，太阳能发电总量已达9100 MV。

但是可再生能源的电力输出随着风、光照等资源的强度同步变化和波动，因此无法直接向电网输出或向用户出售，需要经过稳定后方可和电网安全对接输出，这使得储能电池质量的高低直接决定了风能太阳能等可再生能源的应用前景。

研究发现，钠硫电池具有大规模能量存储优势，使之成为与风能太阳能等发电方式配套的一种最理想的储能电池[1]。

由于钠硫电池是一种特性优良的二次电池，具有能量密度高、无自放电现象、运行寿命长、便于现场安装与维护以及与外界环境友好等诸多优点，近年来硫化钠电池在日本、北美、欧洲的电力系统中得到迅速发展，已被用于负荷平定（Load Leveling，LL）或负荷削峰（Peak Shaving，PS）、不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）或应急电源（Emergency Power Supply，EPS）、电能质量（Power Quality，PQ）维护以及风能发电等多种场合，并且在输配电系统的有、无功支持及多功能电能储存系统中有广泛应用前景[2-6]。

归纳起来，钠硫电池具有以下的优点[7-11]： （1）比能量高，理论比能量为760 Wh/kg，实际300 Wh/kg，是铅酸电池的3-4倍； （2）大电流、高功率放电性能优越，放电电流密度可达200-300 mA/cm2，瞬间可放出其固有能量的3倍； （3）充放电效率高，放电电流效率几乎为100%，放电深度可达80%； （4）充放循环寿命长，能耐2250次以上的充放电，具有长期耐久性； （5）与环境友好，适合于标准件结构的全密封的清洁电池，不需要泵和过滤器，也无危险气体产生； （6）原材料价格低廉，电池原料主要是钠和硫，价格低廉； （7）建筑周期短，与抽水蓄能相比，能在短时期内建成。

1.2钠硫电池的工作原理与结构 钠硫电池以金属钠作为阳极，单质硫用作阴极，β"-Al2O3陶瓷同时起电解质和隔膜的双重作用，其工作原理如图1所示。

基本的电池反应是: 阳极: 2Na→2Na 2e- 阴极: xS 2e-→Sx2- 总反应: 2Na xS→Na2Sx 图1 钠硫电池工作原理示意图 图1是中心钠设计的管式钠硫电池结构示意图，β"-Al2O3陶瓷管作为电解质和隔膜，熔融的金属钠填充在β"-Al2O3陶瓷管内作为负极，硫在β"-Al2O3陶瓷管外侧作为正极，整个电池是全密封的结构。

图2 中心钠设计的管式钠硫电池结构示意图 1.3beta-Al2O3固体电解质 beta-Al2O3固体电解质是钠硫电池的隔膜材料，同时也是其核心材料。

beta-Al2O3既有电化学功能又有结构功能，其质量好坏在很大程度上影响电池的性能和寿命，因此它必须具备：（1）低电阻且不随时间变化；（2）高的烧结密度和高的机械性能；（3）成分均匀且表面没有裂纹。