目前，電力負(fù)荷峰谷差不斷增大、社會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全可靠性和電能質(zhì)量要求越來(lái)越高、可再生能源利用程度的快速發(fā)展以及進(jìn)行智能電網(wǎng)的建設(shè)等，都對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)提出了新的要求，儲(chǔ)能技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用目標(biāo)的主要支撐技術(shù)。鈉硫電池是一種倍受關(guān)注的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，其系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)80%以上，安全性高、成本較低。
2006年，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（下稱上海硅酸鹽研究所）開始與上海市電力公司合作，以儲(chǔ)能為目標(biāo)開發(fā)大容量鈉硫電池，在關(guān)鍵材料、電池技術(shù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等方面開展了一系列研究工作。
我國(guó)鈉硫電池技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)況
我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車應(yīng)用的鈉硫電池研究與國(guó)際幾乎同步，1968年上海硅酸鹽研究所已經(jīng)開始了相關(guān)的研究，并在1977年4月成功組裝并示范運(yùn)行了國(guó)內(nèi)第一輛6kW功率的鈉硫電池電動(dòng)車。20世紀(jì)末，我國(guó)的車用鈉硫電池研究也與國(guó)際同樣陷入困境，研究工作幾乎停止，國(guó)內(nèi)也僅有上海硅酸鹽研究所仍保留了研究隊(duì)伍，并開展相關(guān)的工作，打下了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。
2006年8月，上海市電力公司與上海硅酸鹽研究所合作，聯(lián)合投資開發(fā)儲(chǔ)能鈉硫電池。2007年1月制備成功650A.h的單體鈉硫電池，并在2009年3月建成了我國(guó)第一條產(chǎn)能達(dá)2MW的儲(chǔ)能鈉硫電池中試生產(chǎn)線，可以小批量化制備容量為650A.h的單體電池。中試生產(chǎn)線涉及各種工藝和檢測(cè)設(shè)備100余臺(tái)套，其中有近2/3為自主研發(fā)，擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
國(guó)外鈉硫電池技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況
對(duì)鈉硫電池早期的研究主要以電動(dòng)汽車的應(yīng)用為目標(biāo)，但隨著一些新型二次電池的出現(xiàn)，因鈉硫電池在車用電源方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)不明顯而逐步被放棄。由于鈉硫電池高的比功率和比能量、低原材料成本和制造成本、溫度穩(wěn)定性以及無(wú)自放電等方面的突出優(yōu)勢(shì)，鈉硫電池在電力儲(chǔ)能方面的應(yīng)用開始為人們所重視。
日本在1992年進(jìn)行了第一個(gè)示范儲(chǔ)能電站，2002年實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，至今已有200座以上功率大于500kW、總?cè)萘坑?00MW的儲(chǔ)能電站在運(yùn)行中，分別用于電網(wǎng)峰谷差平衡、電能質(zhì)量改善、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出等，最大功率的電站達(dá)到34MW，用于風(fēng)力發(fā)電站的穩(wěn)定輸出，運(yùn)行中的儲(chǔ)能電站一半以上用于電力的平衡。儲(chǔ)能電站覆蓋了商業(yè)、工業(yè)、電力、水處理等各個(gè)行業(yè)。鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率可達(dá)到80%以上，壽命可達(dá)15a
安全壽命成本 鈉硫電池五大關(guān)鍵問(wèn)題
問(wèn)題一：安全問(wèn)題
“安全問(wèn)題更準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該是運(yùn)行可靠性的問(wèn)題。”
質(zhì)疑：鈉硫電池的運(yùn)行溫度在300～350℃之間，如果陶瓷電介質(zhì)一旦破損形成短路，高溫的液態(tài)鈉和硫就會(huì)直接接觸，發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，產(chǎn)生2000℃的高溫，相當(dāng)危險(xiǎn)。
溫兆銀：NGK公司從1992年示范運(yùn)行至今，在日本已經(jīng)運(yùn)行了100多座鈉硫電池儲(chǔ)能電站，18年期間只發(fā)生過(guò)一次起火事故，并在消防隊(duì)到達(dá)之前自行熄滅，被評(píng)定為輕微事故。
從鈉硫電池實(shí)現(xiàn)商用之后，日本媒體進(jìn)行了大量的宣傳報(bào)道，希望改變公眾的觀念，接受鈉硫電池。
事實(shí)上，任何儲(chǔ)能系統(tǒng)都是能量聚集系統(tǒng)，都存在安全隱患。由于采用陶瓷做固體隔膜，沒(méi)有氣體存在，因此不會(huì)爆炸。跟某些其他電池比起來(lái)，鈉硫電池事故率很低。
鈉和硫一旦直接接觸，存在安全隱患，因此我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了很多安全措施，層層設(shè)防，保證即使陶瓷損害也不會(huì)簡(jiǎn)單接觸、即使電池?fù)p壞也不會(huì)簡(jiǎn)單外溢。
硅酸鹽所的鈉硫電池目前沒(méi)有發(fā)生過(guò)安全事故，正在進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性驗(yàn)證。
問(wèn)題二：壽命問(wèn)題
“一旦使用實(shí)用化材料和部件，產(chǎn)品壽命能達(dá)到10年。”
質(zhì)疑：壽命短影響其性價(jià)比，難以商用。
溫兆銀：鈉硫電池和其他電池不同，沒(méi)有任何副反應(yīng)，活性物質(zhì)可以被可逆的利用而不被損耗。由于金屬零部件在硫以及硫化物介質(zhì)中高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)有腐蝕，影響其壽命，所以鈉硫電池的金屬部件都采用了特殊的防腐蝕措施進(jìn)行保護(hù)。
硅酸鹽所目前實(shí)驗(yàn)的鈉硫電池的壽命期望值是8年，初期的退化衰減水平基本和日本相近。一旦到產(chǎn)業(yè)化階段，材料與電池的一致性得到解決，電池壽命可達(dá)到10年以上，目前日本產(chǎn)品的水平是15年左右。
問(wèn)題三：溫度問(wèn)題
“模塊具有很好的保溫功能，能維持一段時(shí)間的低功率運(yùn)行。”
質(zhì)疑：鈉硫電池在300℃才能啟動(dòng)，存在保溫耗能的問(wèn)題，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)在一定程度上限制了其應(yīng)用。
曹佳弟：鈉硫電池在充電時(shí)吸收能量，需要額外的電能加熱，在放電的同時(shí)放熱，足以維持運(yùn)行所需的溫度。
同時(shí)，硅酸鹽所研發(fā)的電池模塊具有很好的保溫功能，在沒(méi)有供電加熱的情況下也能長(zhǎng)時(shí)間保溫。目前NGK公司的產(chǎn)品從運(yùn)行溫度冷卻到室溫大約需要半個(gè)月時(shí)間，在斷電后的一個(gè)星期還能維持低功率運(yùn)行。
問(wèn)題四：廢電池處置問(wèn)題
“日本已經(jīng)形成一套相當(dāng)成熟的回收技術(shù)。”
質(zhì)疑：損壞的電池難以處置，這也是鈉硫電池的軟肋之一。
劉宇：鈉硫電池跟其他電池不一樣，是可拆分電池，因此原理上說(shuō)回收再利用率會(huì)較高——陶瓷部件和鈉、硫不相容，使用后可以完全分離，單獨(dú)再回收;鈉和硫部分的化合物可以可逆地分解形成鈉和硫;其他的金屬部件也可以回收再利用。
日本目前已形成一套相當(dāng)成熟的回收技術(shù)和工序。而硅酸鹽所目前也已初步形成一套清潔的回收技術(shù)工藝，在一些保護(hù)介質(zhì)里進(jìn)行拆分，鈉、硫及金屬都可以被回收甚至再利用。
不過(guò)，我國(guó)的鈉硫電池如何真正高效回收再利用還需要再進(jìn)行研究。
問(wèn)題五：成本問(wèn)題
“我們的價(jià)格不會(huì)比日本高。”
質(zhì)疑：國(guó)產(chǎn)鈉硫電池成本能否降低達(dá)到商用水平？
溫兆銀：目前在各種大容量?jī)?chǔ)能電池中，除了性能低的鉛酸電池，鈉硫電池是最便宜的。根據(jù)日本的數(shù)據(jù)，鋰離子電池的價(jià)格是鈉硫電池的3倍。液流電池也比鈉硫電池貴，因此鈉硫電池的成本比較有優(yōu)勢(shì)。
而且由于鈉、硫和陶瓷的原材料自然界儲(chǔ)量豐富、成本較低，同時(shí)鈉和硫都沒(méi)有特殊用途，影響其價(jià)格波動(dòng)的潛在因素比較少。
中國(guó)還沒(méi)做到大規(guī)模應(yīng)用，因此價(jià)格難以確定。未來(lái)成本下降的空間主要取決于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模和制造技術(shù)。
目前NGK產(chǎn)品的價(jià)格在2000~2500元/千瓦時(shí)。我們的價(jià)格不會(huì)比國(guó)外高。
我國(guó)實(shí)現(xiàn)鈉硫電池規(guī)模化應(yīng)用的主要問(wèn)題是成本和電池穩(wěn)定性，通過(guò)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)和深入的研發(fā)以及政府的政策鼓勵(lì)和支持，有望使鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)在我國(guó)盡快進(jìn)入實(shí)用階段。