安全寿命成本 钠硫电池五大关键问题

目前，电力负荷峰谷差不断增大、社会对电网安全可靠性和电能质量要求越来越高、可再生能源利用程度的快速发展以及进行智能电网的建设等，都对大规模储能技术提出了新的要求，储能技术已成为实现这些应用目标的主要支撑技术。钠硫电池是一种倍受关注的电化学储能技术，其系统能量转化效率高达80%以上，安全性高、成本较低。

2006年，中国科学院上海硅酸盐研究所（下称上海硅酸盐研究所）开始与上海市电力公司合作，以储能为目标开发大容量钠硫电池，在关键材料、电池技术、储能系统等方面开展了一系列研究工作。

我国钠硫电池技术的发展简况

我国对电动汽车应用的钠硫电池研究与国际几乎同步，1968年上海硅酸盐研究所已经开始了相关的研究，并在1977年4月成功组装并示范运行了国内第一辆6kW功率的钠硫电池电动车。20世纪末，我国的车用钠硫电池研究也与国际同样陷入困境，研究工作几乎停止，国内也仅有上海硅酸盐研究所仍保留了研究队伍，并开展相关的工作，打下了较好的技术基础。

2006年8月，上海市电力公司与上海硅酸盐研究所合作，联合投资开发储能钠硫电池。2007年1月制备成功650A.h的单体钠硫电池，并在2009年3月建成了我国第一条产能达2MW的储能钠硫电池中试生产线，可以小批量化制备容量为650A.h的单体电池。中试生产线涉及各种工艺和检测设备100余台套，其中有近2/3为自主研发，拥有多项自主知识产权。

国外钠硫电池技术发展简况

对钠硫电池早期的研究主要以电动汽车的应用为目标，但随着一些新型二次电池的出现，因钠硫电池在车用电源方面的应用优势不明显而逐步被放弃。由于钠硫电池高的比功率和比能量、低原材料成本和制造成本、温度稳定性以及无自放电等方面的突出优势，钠硫电池在电力储能方面的应用开始为人们所重视。

日本在1992年进行了第一个示范储能电站，2002年实现了商业化，至今已有200座以上功率大于500kW、总容量逾300MW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34MW，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15a

安全寿命成本 钠硫电池五大关键问题

问题一：安全问题

“安全问题更准确地说应该是运行可靠性的问题。”

质疑：钠硫电池的运行温度在300～350℃之间，如果陶瓷电介质一旦破损形成短路，高温的液态钠和硫就会直接接触，发生剧烈的放热反应，产生2000℃的高温，相当危险。

温兆银：NGK公司从1992年示范运行至今，在日本已经运行了100多座钠硫电池储能电站，18年期间只发生过一次起火事故，并在消防队到达之前自行熄灭，被评定为轻微事故。

从钠硫电池实现商用之后，日本媒体进行了大量的宣传报道，希望改变公众的观念，接受钠硫电池。

事实上，任何储能系统都是能量聚集系统，都存在安全隐患。由于采用陶瓷做固体隔膜，没有气体存在，因此不会爆炸。跟某些其他电池比起来，钠硫电池事故率很低。

钠和硫一旦直接接触，存在安全隐患，因此我们在结构设计上采取了很多安全措施，层层设防，保证即使陶瓷损害也不会简单接触、即使电池损坏也不会简单外溢。

硅酸盐所的钠硫电池目前没有发生过安全事故，正在进行长期运行的可靠性验证。

问题二：寿命问题

“一旦使用实用化材料和部件，产品寿命能达到10年。”

质疑：寿命短影响其性价比，难以商用。

温兆银：钠硫电池和其他电池不同，没有任何副反应，活性物质可以被可逆的利用而不被损耗。由于金属零部件在硫以及硫化物介质中高温下长时间工作会有腐蚀，影响其寿命，所以钠硫电池的金属部件都采用了特殊的防腐蚀措施进行保护。

硅酸盐所目前实验的钠硫电池的寿命期望值是8年，初期的退化衰减水平基本和日本相近。一旦到产业化阶段，材料与电池的一致性得到解决，电池寿命可达到10年以上，目前日本产品的水平是15年左右。

问题三：温度问题

“模块具有很好的保温功能，能维持一段时间的低功率运行。”

质疑：钠硫电池在300℃才能启动，存在保温耗能的问题，启动时间长在一定程度上限制了其应用。

曹佳弟：钠硫电池在充电时吸收能量，需要额外的电能加热，在放电的同时放热，足以维持运行所需的温度。

同时，硅酸盐所研发的电池模块具有很好的保温功能，在没有供电加热的情况下也能长时间保温。目前NGK公司的产品从运行温度冷却到室温大约需要半个月时间，在断电后的一个星期还能维持低功率运行。

问题四：废电池处置问题

“日本已经形成一套相当成熟的回收技术。”

质疑：损坏的电池难以处置，这也是钠硫电池的软肋之一。

刘宇：钠硫电池跟其他电池不一样，是可拆分电池，因此原理上说回收再利用率会较高——陶瓷部件和钠、硫不相容，使用后可以完全分离，单独再回收;钠和硫部分的化合物可以可逆地分解形成钠和硫;其他的金属部件也可以回收再利用。

日本目前已形成一套相当成熟的回收技术和工序。而硅酸盐所目前也已初步形成一套清洁的回收技术工艺，在一些保护介质里进行拆分，钠、硫及金属都可以被回收甚至再利用。

不过，我国的钠硫电池如何真正高效回收再利用还需要再进行研究。

问题五：成本问题

“我们的价格不会比日本高。”

质疑：国产钠硫电池成本能否降低达到商用水平？

温兆银：目前在各种大容量储能电池中，除了性能低的铅酸电池，钠硫电池是最便宜的。根据日本的数据，锂离子电池的价格是钠硫电池的3倍。液流电池也比钠硫电池贵，因此钠硫电池的成本比较有优势。

而且由于钠、硫和陶瓷的原材料自然界储量丰富、成本较低，同时钠和硫都没有特殊用途，影响其价格波动的潜在因素比较少。

中国还没做到大规模应用，因此价格难以确定。未来成本下降的空间主要取决于产业化规模和制造技术。

目前NGK产品的价格在2000~2500元/千瓦时。我们的价格不会比国外高。

我国实现钠硫电池规模化应用的主要问题是成本和电池稳定性，通过产业化推进和深入的研发以及政府的政策鼓励和支持，有望使钠硫电池储能技术在我国尽快进入实用阶段。