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鈉鎳電池很有用 但也沒“碾壓鋰電池”那么玄

作者:中國儲能網新聞中心 來源:騰訊科技&知乎 發布時間:2019-05-29 瀏覽:
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文/知乎電池技術話題優秀回答者弗雷劉

近日來,有一則新聞報告:“浙江安力能源有限公司(以下簡稱安力能源)投入建設近兩年的鈉鎳電池項目一期正式投產。該項目投產,也標志著我國首個鈉鎳電池項目正式量產。據了解,該項目計劃總投資6.59億元,規劃總產能500MWh,一期產能50MWh。”

總體來說,大多新聞的報道比較客觀,這也是中國在這種儲能技術上產業化的重要進展,應該為安力能源公司感到驕傲。然而并非所有的新聞報告都能夠足夠的客觀,而這種鈉鎳電池技術本身偏冷門,加上一些不嚴謹的報告,就會誤導普通人,比如:

壽命是鋰電池的2到5倍?體積比鋰電系統小50%以上?全生命周期成本低50%?

以上這些論斷可能有一定依據,但是前提不明,數據不明,并不是一個好的介紹。就此機會,筆者也想簡單介紹一下這種實現產業化的鈉鎳電池,以及其與鋰電的對比。

1.什么是鈉鎳電池?

鈉鎳電池機理圖

該類電池是上世紀80年代南非提出的,也叫ZEBRA電池。這種電池本質上是一種融鹽電池,其使用熔融鹽作為電解質實現內電路的電荷傳導,主要包括NiCl2, FeCl2, ZnCl2以及NaAlCl4等,中間使用β-Al2O3作為隔膜防止內短路,正極為NiCl2負極為熔融態的Na金屬,運行時的反應為

注意:該類電池的近親是鈉硫電池(已經在國外尤其是日本有了很多工業化儲能應用的先例),這兩種電池都是融鹽電池,共同特點都是要在一定的溫度下(并非室溫)來運行,300oC左右運行非常正常,因為只有溫度高到一定程度,鹽才能是熔融態才能實現鈉離子的導通,而此時其中的鈉金屬也已經是熔融態了。而相比于它的親戚鈉硫電池,鈉鎳電池有幾個優點:金屬鹵化物腐蝕性小,安全性高以及抗過充放。但是缺點在于,能量密度并不是非常出眾(低于鈉硫,以及必須要在300 攝氏度下運行。

2.VS鋰電,鈉鎳電池的性能如何?


筆者從學術文獻中摘到了關于鈉鎳電池的性能表,可以看到作為儲能技術其關鍵的衡量指標都已經在這個表中有了體現。

從這個表中不難看出,第二列鈉鎳電池在很多指標方面與第一列的鈉硫電池相比,都有相近之處,各有所長:能量密度與效率要低一些,但是在壽命方面的指標要更穩定一些,兩者成本接近,都更適合用于中大規模儲能。

然而如上所示,有的文章聲稱其壽命是鋰電池的2-5倍,體積比鋰電系統小50%以上,成本要低50%---------很遺憾,這些論述是問題最大的,缺乏數據的支撐,非常不客觀。

首先我們從相同的文獻中摘到了鋰離子電池的數據,如下表第四列

其實有心的讀者仔細一比就可以看出,鋰離子電池幾乎在所有指標上都優于鈉鎳電池,只是可能數值分布范圍有些寬,數據小的時候可能接近,但是大的時候就遠超鈉鎳了,這是為什么呢?

主要因為鋰離子電池技術路線多(磷酸鐵鋰,三元等),然后在產品開發的時候各家的技術實力,產品設計方向,質量控制都不一樣,這就導致了各家的電池性能差別很大,但是總體來說,拿出國內龍頭企業的鋰離子電池,是無論如何也不會產生以上所述的對比情景的:

鈉鎳電池單體135Wh/kg---------鋰離子動力電池最好的可以做到300Wh/kg….

鈉鎳電池壽命是鋰電池的2到5倍----抱歉從這個表里沒看出來,事實上很多人對鋰電池壽命的抱怨,主要是因為很多廠家的低端產品本身電芯單體壽命不佳,加之一致性差使得在服役過程中衰減加速,如果用優質的鋰電產品比,兩者壽命不會有特別懸殊的差距

體積比鋰電系統小50%以上-----至少從這個表中的Energy density 行的數據中完全看不出來

全生命周期成本低50% 以上----同樣的,從這個表中看不出來

這個新聞報道的問題在于:極端不嚴謹,沒有用真實的數據和嚴謹的計算來論述其觀點,這也是很多新聞記者的科技文稿的通病所在,最近的南陽水氫汽車事件就是一個新鮮的例子。

3. 鈉鎳電池適合什么用途?

說到這,可能有些人會認為我又在黑這款電池技術,難道該技術就一無是處了嗎?

答案當然是否———它很有用,適合用在固定式儲能領域。

主要原因還是該技術的循環壽命長,安全性好,融鹽電池天生適合中等以上規模的儲能場景,相比鋰電更適合這個領域。因此在一些客觀的文章中也都寫到了:這類電池會替代一些鉛酸電池,用于通信基站維護等場景。

然而如果說該技術要去挑戰鋰電的最主流應用場景——動力電池,就大錯特錯了——該技術單體能量密度只有135Wh/kg,必須在高溫下運行(而且維持溫度導致了能量轉換效率低),光這兩條就足夠排除其在動力電池中應用的可能了。但是話說回來,動力電池和儲能都是很有意義的領域,都需要好的技術,鈉鎳電池當然很好,但是需要在合適的領域中發揮,而不是亂入動力電池領域,去與鋰離子電池硬做比較與競爭。儲能廣闊天地,大有可為嘛。

聲明:本文為業余時間創作,不代表任何組織觀點

參考文獻:

A Numerical and Graphical Review of EnergyStorage Technologies

Siraj Sabihuddin *, Aristides E. Kiprakis and Markus Mueller

Energies 2015, 8, 172-216; doi:10.3390/en8010172

Advances_in_Batteries_for_Medium_and_Large-Scale_Energy_Storage--Types_and_Applications

Chris Menictas, Maria Skyllas-Kazacos and Tuti Mariana Lim

關鍵字:鈉鎳電池

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