文 献 综 述

1.钠硫电池的现状

随着煤、石油、天然气等天然能源的耗尽和环境污染的加重，以风能、太阳能和海洋能为代表的新能源技术受到各国的重视，但风能、太阳能和海洋能等可再生能源发电具有明显的间歇性，发出的电力不稳定，波动较大、可调节性差，给传统电网的安全性和调峰能力带来巨大的挑战。钠硫电池存储技术在较大程度上解决了风力发电和太阳能发电的随机性、间隙性和波动性等问题，使大规模风力发电和太阳能发电并入常规电网以解决电力短缺问题成为可能，是城市智能电网建设重要的组成部分。大规模的储能技术已经成为支撑新能源发展的战略性技术，而钠硫电池作为一种快速发展的新型储能电池，已在许多国家得到应用。

继日本碍子株式会社( NGK) 之后，美国、德国、法国等国相继投入到钠硫电池储能技术研究与开发中，截至目前，已有200座以上功率大于500 kW、总容量逾300 MW的储能电站在运行中，分别用于电网峰谷差平衡、电能质量改善、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出等，最大功率的电站达到34 MW，用于风力发电站的稳定输出，运行中的储能电站一半以上用于电力的平衡。储能电站覆盖了商业、工业、电力、水处理等各个行业。钠硫电池储能系统的效率可达到80%以上，寿命可达15年。日本走在技术商业化应用的前沿，NGR是全球唯一一个能够提供 10MW 以上的系统的供应商。

钠硫电池具有很多独特之处，如：（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7 6 0 W h / k g ，实际比能量大于150 W h/k g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200～300 m A#183;cm^-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%^[1]；（4）无电化学副反应，无自放电，使用寿命长，可达15 a以上。（5）钠硫电池的运行温度被恒定在300～350℃ ，因此其使用条件不受外界环境温度的限制，且系统的温度稳定性好。（6）原材料资源丰富，价格低，无污染，适合规模化推广应用。

但是钠硫电池也存在很多不足：（1）安全性。电池短路时(如陶瓷管破裂导致短路)，高温、熔融态的钠和硫就直接接触，放出大量的热，产生高达2000℃的高温，引起火灾、甚至爆炸，有严重的安全隐患^[2]。( 2) 高温下硫有腐蚀性，对电池材料的稳定性和抗腐蚀性提出较高要求。( 3)钠硫电池的工作温度在300℃～350℃之间，需要附加供热设备和保温设施，能耗比较大，且由此造成启动时间较长的问题，不能满足风电储能的要求。而本课题针是对高温下硫的腐蚀性对不锈钢集流体的影响展开研究。

2.钠硫电池的原理

钠硫电池由美国Ford公司于1967年首先发明公布^[3]，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。钠硫电池的中心管为固体电解质β-A l₂O₃的陶瓷材料，将位于内部的负极和外部的正极隔离并传导Na ，该系统封装在一个不锈钢容器内，该容器的容器壁就是负极的集流器。

其电极反应为：阳极反应：2Na-2e→2Na

负极反应：xS 2e→S_x^2-