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3分钟了解电化学储能

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一、钠硫电池储能技术

钠硫电池的正极为液态（熔融）的硫，负极为（熔融的）钠，两

者通过固态氧化铝陶瓷分离开，电解质只允许正钠离子通过和硫结合

形成多硫化物。钠硫电池的工作原理如下图所示。

钠硫电池工作原理

放电时，带正电的钠离子通过电解质，而电子通过外部电路流动

产生大约2V的电压。充电时，整个过程逆转，多硫化钠释放正钠离子

反向通过电解质重新结合为钠。整个电池正常工作需要保持温度在

300℃-350℃。

钠硫电池装置

钠硫电池的研究工作主要集中在中科院上海硅酸盐研究所。近年

来，该研究所在钠硫电池关键材料、制作工艺、电池模块化、中试生

产线、应用示范方面都取得了较好的进展。已经具有年产2MW钠硫

电池能力的中试生产线，成功研制出650Ah钠硫电池单体电池，能量

1300Wh，最大工作电流80A，前200次循环的退化率0.01%，接近

国外产品的水平。

成功制备了5kW/40kWh级储能电池模块，模块集成了所有控制

与电池系统，能独立进行工作，包括保温箱、电池、温控系统、电池

切换单元管理、BMS等，可实现对电池充放电、温度、效率计算的管

理，模块可独立进行工作，也可实现相互间的组合。

基于5kW电池模块研制成功100kW/800kWh钠硫电池储能系统，

成为国家电网上海世博园智能电网综合示范工程的一部分。另外，国

内清华大学也在从事钠硫电池的研究工作；北京市佳昊新能源投资有

限公司也与中国科学院物理所等科研单位积极合作，致力于钠硫电池

储能应用的研究。

二、液流电池储能技术

液流储能电池是一种适宜大规模蓄电的电化学储能装置。液流电

池的正、负极活性物质主要存在于电解液中，通过送液泵流过液流电

池，电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开。在电池充、放电过

程中，电解液中的活性物质离子在惰性电极表面发生价态的变化。液

流电池工作原理如下图所示。

液流电池工作原理

到目前为止，国际上已开发出四种液流电池，即锌-溴体系电池、

多硫化钠/溴体系电池、铁铬电池及全钒氧化还原液流电池。在众多的

液流电池体系中，由于全钒体系液流电池系统的正、负极活性物质均

为钒，只是价态不同，可以避免正、负极活性物质通过离子交换膜扩

散造成的元素交叉污染，优势明显，是目前最主要的商用化发展技术

方向。

液流电池装置

我国从上世纪80年代末开始液流储能电池的基础研究工作。目前，

从事液流储能电池技术的研发和产业化的相关单位有：中国科学院大

连化学物理研究所、防化研究院、清华大学、化工大学、中国地质大

学、北京大学、东北大学、中南大学、北京普能世纪科技有限公司等。

防化研究院、清华大学、化工大学等在液流电池新体系方面做了

多方面的开创性的研究工作，如单液流锌/镍储能电池、单液流铜/铅

储能电池、单液流有机储能电池、单液流四氯醌/镉电池等。

中国科学院大连化学物理研究所在全钒液流储能电池关键材料、

系统集成、测试方法、工程化开发及应用示范等方面取得了重要进展。

2012～2016年，中科院大连化物相继研发成功10kW和22kW级电

堆的全钒液流电池系统，标志我国全钒液流电池系统的研究进入新的

发展阶段。

北京普能世纪科技有限责任公司是我国全钒液流电池生产的代表

企业，该公司为丹麦国家实验室、西班牙国家新能源研究中心等多个

智能电网和微网示范项目提供了全钒液流电池系统，并为国家电网公

司张北风光储输项目一期提供了2MW全钒液流电池。（内容提供：

电气工程科学普及）