目前，電力負荷峰谷差不斷增大、社會對電網安全可靠性和電能質量要求越來越高、可再生能源利用程度的快速發展以及進行智能電網的建設等，都對大規模儲能技術提出了新的要求，儲能技術已成為實現這些應用目標的主要支撐技術。鈉硫電池是一種倍受關注的電化學儲能技術，其系統能量轉化效率高達80%以上，安全性高、成本較低。

2006年，中國科學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，以儲能為目標開發大容量鈉硫電池，在關鍵材料、電池技術、儲能系統等方面開展了一系列研究工作。

我國鈉硫電池技術的發展簡況

我國對電動汽車應用的鈉硫電池研究與國際幾乎同步，1968年上海硅酸鹽研究所已經開始了相關的研究，并在1977年4月成功組裝并示范運行了國內第一輛6kW功率的鈉硫電池電動車。20世紀末，我國的車用鈉硫電池研究也與國際同樣陷入困境，研究工作幾乎停止，國內也僅有上海硅酸鹽研究所仍保留了研究隊伍，并開展相關的工作，打下了較好的技術基礎。

2006年8月，上海市電力公司與上海硅酸鹽研究所合作，聯合投資開發儲能鈉硫電池。2007年1月制備成功650A.h的單體鈉硫電池，并在2009年3月建成了我國第一條產能達2MW的儲能鈉硫電池中試生產線，可以小批量化制備容量為650A.h的單體電池。中試生產線涉及各種工藝和檢測設備100余臺套，其中有近2/3為自主研發，擁有多項自主知識產權。

國外鈉硫電池技術發展簡況

對鈉硫電池早期的研究主要以電動汽車的應用為目標，但隨著一些新型二次電池的出現，因鈉硫電池在車用電源方面的應用優勢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、溫度穩定性以及無自放電等方面的突出優勢，鈉硫電池在電力儲能方面的應用開始為人們所重視。

日本在1992年進行了第一個示范儲能電站，2002年實現了商業化，至今已有200座以上功率大于500kW、總容量逾300MW的儲能電站在運行中，分別用于電網峰谷差平衡、電能質量改善、應急電源、風力發電等可再生能源的穩定輸出等，最大功率的電站達到34MW，用于風力發電站的穩定輸出，運行中的儲能電站一半以上用于電力的平衡。儲能電站覆蓋了商業、工業、電力、水處理等各個行業。鈉硫電池儲能系統的效率可達到80%以上，壽命可達15a

安全壽命成本 鈉硫電池五大關鍵問題

問題一：安全問題

“安全問題更準確地說應該是運行可靠性的問題。”

質疑：鈉硫電池的運行溫度在300～350℃之間，如果陶瓷電介質一旦破損形成短路，高溫的液態鈉和硫就會直接接觸，發生劇烈的放熱反應，產生2000℃的高溫，相當危險。

溫兆銀：NGK公司從1992年示范運行至今，在日本已經運行了100多座鈉硫電池儲能電站，18年期間只發生過一次起火事故，并在消防隊到達之前自行熄滅，被評定為輕微事故。

從鈉硫電池實現商用之后，日本媒體進行了大量的宣傳報道，希望改變公眾的觀念，接受鈉硫電池。

事實上，任何儲能系統都是能量聚集系統，都存在安全隱患。由于采用陶瓷做固體隔膜，沒有氣體存在，因此不會爆炸。跟某些其他電池比起來，鈉硫電池事故率很低。

鈉和硫一旦直接接觸，存在安全隱患，因此我們在結構設計上采取了很多安全措施，層層設防，保證即使陶瓷損害也不會簡單接觸、即使電池損壞也不會簡單外溢。

硅酸鹽所的鈉硫電池目前沒有發生過安全事故，正在進行長期運行的可靠性驗證。

問題二：壽命問題

“一旦使用實用化材料和部件，產品壽命能達到10年。”

質疑：壽命短影響其性價比，難以商用。

溫兆銀：鈉硫電池和其他電池不同，沒有任何副反應，活性物質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中高溫下長時間工作會有腐蝕，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行保護。

硅酸鹽所目前實驗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。一旦到產業化階段，材料與電池的一致性得到解決，電池壽命可達到10年以上，目前日本產品的水平是15年左右。

問題三：溫度問題

“模塊具有很好的保溫功能，能維持一段時間的低功率運行。”

質疑：鈉硫電池在300℃才能啟動，存在保溫耗能的問題，啟動時間長在一定程度上限制了其應用。

曹佳弟：鈉硫電池在充電時吸收能量，需要額外的電能加熱，在放電的同時放熱，足以維持運行所需的溫度。

同時，硅酸鹽所研發的電池模塊具有很好的保溫功能，在沒有供電加熱的情況下也能長時間保溫。目前NGK公司的產品從運行溫度冷卻到室溫大約需要半個月時間，在斷電后的一個星期還能維持低功率運行。

問題四：廢電池處置問題

“日本已經形成一套相當成熟的回收技術。”

質疑：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，因此原理上說回收再利用率會較高——陶瓷部件和鈉、硫不相容，使用后可以完全分離，單獨再回收;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成熟的回收技術和工序。而硅酸鹽所目前也已初步形成一套清潔的回收技術工藝，在一些保護介質里進行拆分，鈉、硫及金屬都可以被回收甚至再利用。

不過，我國的鈉硫電池如何真正高效回收再利用還需要再進行研究。

問題五：成本問題

“我們的價格不會比日本高。”

質疑：國產鈉硫電池成本能否降低達到商用水平？

溫兆銀：目前在各種大容量儲能電池中，除了性能低的鉛酸電池，鈉硫電池是最便宜的。根據日本的數據，鋰離子電池的價格是鈉硫電池的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勢。

而且由于鈉、硫和陶瓷的原材料自然界儲量豐富、成本較低，同時鈉和硫都沒有特殊用途，影響其價格波動的潛在因素比較少。

中國還沒做到大規模應用，因此價格難以確定。未來成本下降的空間主要取決于產業化規模和制造技術。

目前NGK產品的價格在2000~2500元/千瓦時。我們的價格不會比國外高。

我國實現鈉硫電池規模化應用的主要問題是成本和電池穩定性，通過產業化推進和深入的研發以及政府的政策鼓勵和支持，有望使鈉硫電池儲能技術在我國盡快進入實用階段。