钠电池技术与市场现状显示发展空间还很大

彭博新动力财经近来发布《2021年全球储能展望》指出，未来10年，中美两国将持续主导全球储能商场，估量2030年末中美两国储能布置总量将占全球70%以上。2017年以来，锂离子电池急剧翻开，占有了我国和美国储能商场绝大部分比例，技术老到度不断进步。但随着越来越多锂电储能体系的布置，安全事故的危险也随之添加，尤其是电池热失控导致的安全事故频发引起了人们的注重和忧虑。（电动车、电动自行车着火新闻见百度）

2019年，国家电网有限公司发布《关于促进电化学储能健康有序翻开的教导定见》，定见强调要严守储能安全红线。不仅如此，锂等元素贵重，地壳中含量少且分布极不均匀，关于长期规划化运用而言可能会成为一个重要问题。

钠元素和锂元素有类似的物理化学特性，且在地壳中储量丰富，资源分布广泛，因此翻开针对规划化储能运用的储能钠电池技术具有重要的战略意义，近年来得到研讨者的广泛注重。

事实上，锂离子电池、钠硫电池、钠–金属氯化物电池、液流电池和铅酸电池在内的5类电池技术现已被以为是较可靠的动力供给体系，在全球规划内有兆瓦级的装机规划。现在，现已在储能领域规划化运用的钠电池体系首要包括两种，即根据固体电解质体系的高温钠硫电池和钠–金属氯化物电池体系。它们的负极活性物质均为金属钠，更准确地被称为钠电池。

钠离子电池一般指有机体系钠离子电池，由于其技术水平进步较快，成为极有远景的储能电池之一。现在全球从事钠离子电池工程化的公司已有20家以上。

我国科学院物理研讨所与中科海钠科技有限责任公司联合推出的1MWh钠离子电池光储充智能微网体系在山西太原投入工作。宁德年代新动力科技有限公司（CATL）近期也发布了他们的第一代钠离子电池，能量密度抵达160Wh/kg。

可是钠离子电池没有在储能工业上大规划推广，其运用优势有待验证。水系钠离子电池具有环保、低本钱、制造便利、安全性好、易回收等长处，可是存在电压窗口较低、电极材料副反应等严重影响寿数的问题。

依照我国工程院衣宝廉院士科研团队在我国工程院院刊《我国工程科学》2021年第5期发表《储能钠电池技术翻开的应战与考虑》一文的分析，挑选规划储能用安全性改进的钠硫电池和钠–金属氯化物电池储能钠电池体系用于储能如同更为实践。具体分析如下：

1、钠硫电池。钠硫电池是一种根据固体电解质的高温二次电池，它以钠作为阳极，以进入碳毡中的硫作为阴极，传导钠离子的β"-氧化铝陶瓷在中心一起起隔膜和电解质的双重效果。

钠硫电池特性：①比能量高。现在，钠硫电池的实践能量密度已抵达240Wh/kg和390Wh/L以上，与三元锂离子电池适当。②功率密度高。用于储能的钠硫单体电池功率可抵达120W以上，构成模块后，模块功率一般抵达数十千瓦，可直接用于储能。③长寿数。电池可满充溢放循环4500次以上，寿数为10~15年。④库伦功率高。由于选用固体电解质，电池几乎没有自放电，充放电功率约为100%。⑤环境习惯性好。由于电池经过保温箱恒温工作，因此环境温度习惯规划广，一般为–40~60℃。⑥电池工作无污染。电池选用全密封结构，工作中无振荡、无噪声，没有气体放出。⑦电池质料本钱低价，无资源抢夺危险，结构简略，维护便利。

2、钠–金属氯化物电池。钠–金属氯化物电池（也称ZEBRA电池）可与钠硫电池统称为钠-beta二次电池，其结构与钠硫电池类似，负极是液态的金属钠，β"-Al2O3陶瓷作为固态电解质，不同的是，ZEBRA电池作业温度略低，为270~320℃，正极部分由液态的四氯铝酸钠（NaAlCl4）辅佐电解液与固态的金属氯化物组成，其间氯化镍的运用研讨最为广泛。

钠–金属氯化物电池特性：①高安全性。钠–金属氯化物电池具有短路温文放热和过充过放可逆等特色，确保电池在电气和机械乱用时的高安全性。②无钠组装。电池以放电态组装，仅在正极腔室装填金属粉体、氯化钠和电解液，制造进程安全性高。③高电压。开路电压较钠硫电池进步20%以上。④维护本钱低。电池内部短路时特有的低电阻损坏方式大大下降了体系的维护本钱。

小结：储能钠电池可针对极端环境（如高热、高寒、高盐腐蚀等）下的风能、太阳能等可再生动力发电企业配套大容量、安全可靠的储能体系，也可以为载人潜艇、陆军战车、水下途径等供给动力，为国防科技事业、5G通讯基站、数据中心等室内用电大户供给备用电源。储能钠电池的运用领域可以为锂离子电池技术供给有利补充，

接下来，看下储能钠电池商业运用实例怎么？

1、钠硫电池技术在日本以外的其他国家也得到了运用研讨和推广，包括美国、我国、韩国、瑞士等。

2006年，由我国科学院上海硅酸盐研讨所（SICCAS）与上海电力公司协作翻开用于大规划储能运用的钠硫电池研讨。SICCAS开发的30Ah和650Ah两种标准钠硫单体电池具有良好的循环稳定性，寿数逾越1200次。此后，一条年产能2MW的650Ah单电池中试出产线建成。

图1钠硫电池储能体系/电站的商业运用实例（来历:《储能钠电池技术翻开的应战与考虑》）

2010年上海国际博览会期间，我国科学院上海硅酸盐研讨所和上海电力公司协作，完结了100kW/800kW钠硫电池储能体系的并网工作（见图1c）。2011年10月，上海电气集团与中科院上海硅酸盐研讨所以及上海电力公司签订合资合同，建立上海电气钠硫储能技术有限公司，初步钠硫电池的工业化开发。

2015年，上海钠硫电池储能技术有限公司在崇明岛风电场完结了兆瓦时级的商业运用演示（见图1d）。中科院固体物理研讨所近年也突破了β-Al2O3陶瓷的制备技术，掌握了陶瓷烧结、陶瓷玻璃封接、金属与陶瓷联接等核心技术，现在处于钠硫电池组研发的中试阶段。

除此之外，韩国浦项工业科学研讨院（RIST）针对平板和管式钠硫电池进行较为体系的工程化开发。RIST从2005年初步请求钠硫电池材料与制造的专利，现在持有53项以上相关有用专利。

2、欧美国家美国通用电气有限公司于2007年购买了英国betaR&D公司的ZEBRA电池技术，建立“Durathon”电池品牌，经过11年研发，投入资金逾越4亿美元。

前期首要面向车用，图2a为装载Durathon动力电池的矿车。现在GE在全球多个国家和地区的电网和电信领域工作了总计15MW以上、30余个ZEBRA电池储能项目。图2d分别为Durathon扩展储能体系。2017年1月，超威电池与GE翻开技术协作，合资建立浙江绿能（安力）动力有限公司，进军国内储能电池商场。

图2钠-金属氯化物电池储能产品及其商业运用实例（来历:《储能钠电池技术翻开的应战与考虑》）

2010年，与GE拥有同一技动力头的MESDEA公司和FIAMM建立新公司FZSonICKSA，并推出了SonICK商标的ZEBRA电池，首要运用在电动车、备用电源等领域。2015年，FZSonICK的ZEBRA电池储能解决方案被德国航空和运送领域的跨国公司庞巴迪公司选中，为InnoviaMonorail300途径列车项目供给备用电源服务。图2b和图2e分别为SonICK电池运用于微网储能及其储能单元的情况。FZSonICK还为萨沃纳大学校园供给了智能电网储能体系。从2016年初步，德国弗劳恩霍夫陶瓷技术与体系研讨所（IKTS）也在ZEBRA电池上持续投入。

2019年3月，欧洲储能展会上，IKTS展现其最新开发的“Cerenergy”陶瓷钠–氯化镍高温电池。该类型的钠镍电池容量为5kWh，由20个单电池组成，每千瓦时本钱将低于100欧元。2015年11月，作为SunShot聚光太阳能发电阿波罗方案的子方案，美国动力部供给犹他州盐湖城Ceramatec公司和乔治亚技术研讨所总计234.878万美元经费支撑，关键开发聚光太阳能高温熔盐钠盐蓄电模块，估量完结92%以上的蓄电功率方针。

一起，美国西北太平洋国家实验室在美国动力部支撑下持续翻开平板型钠盐电池的工业化研发。在国内，从2014年初步，我国科学院上海硅酸盐研讨地址前期钠硫电池和钠镍电池的研发基础上，翻开钠镍电池工业化的推动作业。2017年，我国科学院上海硅酸盐研讨所参股建立上海奥能瑞拉动力科技有限公司，翻开钠镍电池工业化开发。如图2c和图2f，现在该公司已完结年产100MWh的钠镍电池工厂的全线调试，进入第一代产品的试出产阶段。

储能这么火，哪一类储能钠电池技术最快商业化？

根据《储能钠电池技术翻开的应战与考虑》分析，储能钠电池在电力体系和电信体系具有极大的运用优势，并得到全球储能商场的遍及认可，可是由于其技术难度大，现在储能钠电池的老到技术在全球规划内仅由日本NGK、美国GE、意大利FIAMM等几家企业掌握。如此看，我国要翻开储能钠电池工业还面临缺技术、本钱高、没标准的应战。

1、技术几乎被国外独占。我国科学院上海硅酸盐研讨地址储能钠电池的相关领域翻开了技术革新和演示运用，底子掌握了钠硫电池和钠镍电池的全套技术，构成了具有自主知识产权的储能钠电池无缺技术路途，可是整体而言，我国自主知识产权储能钠电池的技术老到度不高，规划化出产设备需求高价值的定制，没有构成储能钠电池的老到产品体系。

超威集团引入美国GE的老到技术，进行储能钠电池国产化的测验也没有在国内外商场翻开局势，底子原因是我国储能钠电池的翻开现在仍然只能依托和引入日本和美国公司的技术，尚不具有独立开发新一代储能钠电池的能力，技术革新的速度无法应变商场的需求。

（2）本钱偏高的窘境。储能钠电池的高温技术瓶颈极大地约束了进入储能钠电池开发的研讨院所和企业的数量，导致储能钠电池在工业链的推动上困难重重。经过测算，1GWh钠–氯化镍电池出产线上出产电池的本钱约为1050元/度电，当出产线产能进步至10GWh，电池本钱可降至800元/度电以下。可是，现在储能钠电池的出产规划不足以带动上下贱工业链的快速翻开。NGK、GE等公司同样面临电池本钱偏高的窘境。

对我国而言，储能钠电池中钠硫电池的含耐腐蚀涂层的集流体外壳等零部件、钠–氯化镍电池的关键原材料T255镍粉（英国Inco公司）还依托进口，国产化替代方案缺失。储能钠电池的中温工作环境对保温箱等下贱供给的要求较高，但我国尚没有类似产品开发。储能钠电池上下贱工业链供给不足成为推动储能钠电池技术翻开和本钱下降的一大阻碍。

3、点评检测标准和点评途径缺失。1998年，美国动力部国家可再生动力实验室就钠盐电池的健康情况、乱用安全特性和回收处理办法出具了说明书式的研讨报告。2017年，FIAMMSonick公司根据美国标准UL9540A对ZEBRA电池产品进行了安全性测验，从单芯、模组和电池单元架三个层面进行了体系的安全功能点评。2018年，电气与电子工程师协会（IEEE）出台了编号为IEEEStd1679.2—2018，标题为“静态储能运用中钠-beta电池的表征和点评教导”的教导性标准。该标准为静态储能运用的用户点评钠-beta电池的功能、安全性，以及进行合格点评测验和监管等问题供给了教导。

这些研讨报告和标准的建立很大程度上促进了美国和欧洲等国家和地区储能钠电池的标准化和商场化。由于我国储能钠电池的工业化处于初级阶段，相关点评检测标准缺失，相应的点评途径和点评安排尚不支撑储能钠电池的功能和安全性点评，这也成为储能钠电池工业大步推动的阻碍之一。

根据以上分析，我国企业和科研安排早初步在储能钠电池技术翻开探求，但现在还处于前期研发阶段，没有构成储能钠电池的老到产品体系。由于技术几乎被国外独占。国内研发上优势不算明显。如此看，无论是哪一类的储能钠电池技术的大规划商业化运用都不会在短期内完结。