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几类面向电网的储能电池介绍


第3 7 卷 第 1 期 2 0 1 3年1月1 0日

V o l . 3 7 N o . 1 J a n . 1 0, 2 0 1 3

: / D O I 1 0. 7 5 0 0 A E P S 2 0 1 2 1 0 0 0 3

几类面向电网的储能电池介绍
2 2 2 ,李浩秒1, ,李   威1,

,程时杰1 蒋   凯1,

( 1.强电磁工程与新技术国家重点实验室 ,华中科技大学 ,湖北省武汉市 4 3 0 0 7 4; ) 2.华中科技大学材料科学与工程学院 ,湖北省武汉市 4 3 0 0 7 4

摘要 :储能技术在现代电力系统中的作 用 日 益 凸 显 , 储能电池则是大规模储能技术的重要发展方 向 。 文中就目前比较成熟的储能电池体系 , 包括铅酸电池 、 锂 离 子 电 池、 液流电池和钠硫电池的发 展历史 、 研发现状 , 以及不同电池体系应用到电网储能的优势和存在的问题进行了讨论 。 文中重点 介绍了钠离子电池和液态金属电池等 2 类新兴的电化学储能技 术 的 研 究 现 状 、 技术优势及现存挑 战等 。 通过比较 , 认为在进一步提高现有电池性能 、 降低储 能 价 格 的 同 时 , 亟需发展下一代能满足 大规模储能应用的电化学储能新体系 。 关键词 :电化学储能 ;钠离子电池 ;液态金属电池 ;铅酸电池 ;锂离子电池 ;液流电池 ;钠硫电池

0  引言
电力能源以其清洁 、 便利等特点 , 已成为人类现 代生产和生活中不可或缺的重要部分 。 目前全球发 这一数值预计在 本 世 纪 中 叶 将 电能力约为 2 0TW , 翻一番 。 现阶段全球 电 力 能 源 仍 以 火 电 为 主 体 ( 占 , 而中国更高达 7 核电和水电为 到了 6 8% , 5% 以上 ) [ 1] 辅 。 火力发电产生的废气给环境保护带来了巨大 压力 。 加上煤炭 、 石油等石化资源的不均衡分布和 , 电力使用的 有限储量 使得电力能源成本持续攀升 , 安全保障逐渐下降 。 近年来 , 无论是为了应对能源危机 , 还是缓解日 益严峻的环境压力 , 世界各国都把目光投向进一步 开发和利 用 可 再 生 能 源 发 电 。2 0 0 6年全球风电装
[] 机容量 7 到2 世界能 4 . 3GW, 0 0 7 年达到 9 4GW 2 , ( ) 源理事会 W o r l d E n e r C o u n c i l 预计到 2 0 2 0 年将   g y  

弃风情况比较严重 , 弃风率约 1 三 北” 地区弃 6% 。“ 风电量达 1 折 合 火 电 标 准 煤 耗 3. 2 . 3TW·h, 8 4×
6 6     , 。 因此 , 折合 C 就目前而 t O . 6×1 0 t 1 0 2 减排量 7 风电和光伏发电 入 网 问 题 一 直 是 限 制 其 快 速 发 言, 展的瓶颈问题 。

一般 认 为 , 大规模储能可以有效消纳可再生能 源发电 , 从 而 在 很 大 程 度 上 提 高 风 电 等 入 网 效 率。 同时 , 为实现电力 的 削 峰 填 谷 、 改 善 电 力 供 需 矛 盾、 提高发电设备利用率 、 发展智能电网 , 电力系统自身 3] 。 因 此, 也对大规模 储 能 技 术 提 出 了 迫 切 的 需 求 [ 研究和开发高效 、 廉价的大规模储能技术 , 成为电力 能源可持续发展的 关 键 环 节 , 也是国家未来能源战 略的重要组成部分 。

1  储能技术及其特性
大规模储能技术 大 致 可 分 为 机 械 储 能 ( 飞轮储 、 能、 抽水蓄能和压缩空气储能 ) 电能直接存储 ( 超级 、 电容和超导电磁储 能 ) 化学储能( 氢和其他化学物 质储能 ) 和电化学储能( 二 次 电 池 和 液 流 电 池) 等 。 , 类 各种不同储能方式的储能特性均不相同 表 4 1
] 4 5 - 。 其中 , 比较了几种储能技术的相关参数 [ 电 化学 储能具有能量密 度 高 、 响 应 时 间 快、 维 护 成 本 低、 灵

达到 4 7 4GW。 光伏发电产业在全球 范 围 内 更 是 以 其中美国预计在 2 4 0% 的速度逐年递增 , 0 2 0 年将达
[] 到1 风电和光伏发电有着不稳定 0 0 GW 1 。 然 而 , 和不连续的特点 , 将其并入现有电网达到一定的比

例时 , 这种不稳定因 素 可 能 会 对 局 部 电 网 造 成 很 大 的冲击 , 甚至酿成大规模的恶性事故 。 日前 , 国家电 力监管 委 员 会 发 布 了 《 重点区域风电消纳监管报 , ) 告》 指出中国东北 、 华北 、 西北 ( 简称 “ 三北 ” 地区风 电发展成效显著 , 但部分省 ( 区) 风电消纳情况不佳 ,

活方便 等 优 点 , 成为目前大规模储能技术的发展 方向 。 电化学储能即通过电化学反应完成电能和化学 能之间的 相 互 转 换 , 从 而 实 现 电 能 的 存 储 和 释 放。 自从 1 电池科学得到了 8 3 6 年丹尼尔电池问世以来 , 迅速的发展 。 室温电池如铅酸电池 、 镍镉电池 、 镍氢 、 , 电池 锂离子电池和液流电池 高温电池如钠硫电池 — 4 7 —

;修回日期 : 。 收稿日期 : 2 0 1 2 1 0 0 2 2 0 1 2 1 1 2 3 - - - - 中央高校基本科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 ( 2 0 1 2 QN 0 3 8, ) 。 2 0 1 2 T S 0 6 1

( ) 2 0 1 3, 3 7 1

 
1] 。然 而, 能满足大规 模 储 能 市 场 的 要 求 [ 现有电化

和Z E B R A 电池等相继发展起来 。 目前铅酸电池 和 锂离子电池等多类 电 池 已 实 现 了 大 规 模 产 业 化 , 特 别是高比能锂离子电池在电动汽车领域被认为具有 从面向电网大规模储能的 较好的发展前景 。 然 而 , 角度来看 , 储能价格 和 电 池 寿 命 是 电 化 学 储 能 技 术 的 关 键 参 数 。 一 般 认 为 ,储 能 投 资 成 本 低 于 ( ) 、 储能 寿 命 达 1 循环4 2 5 0 美元/ kW ·h 5年( 0 0 0   、 周期以上 ) 储能效率高于8 的 电 化 学 储 能 体 系 0%

学储能技术还不能在价格和性能上全面满足上述要 在进一步提高现有电化学储能装置性能 、 求 。 因此 , 降低储能价格的基 础 上 , 发展下一代性能优异的电 化学储能新体系显得尤为重要 。 本文将重点介绍钠 离子电池和液态金属电池等 2 类在储能领域具有较 好应用前景的新型电池 。

表 1  不同储能技术参数比较 T a b l e 1 P a r a m e t e r s c o m a r i s o n o f d i f f e r e n t e n e r s t o r a e t e c h n o l o i e s             p g y g g  
储能成本 储能技术 压缩空气储能 改性铅酸电池 钠硫电池 全钒液流电池 锌溴液流电池 铁镉液流电池 锂离子电池 成熟程度 示范 示范 商业化 示范 示范 实验 示范 ( ) 容量/ MW·h 2 5 0   3 . 2~4 8   7 . 2   4~4 0   5~5 0   4   4~2 4   功率/MW 5 0   1~1 2   1   1~1 0   1~1 0   1   1~1 0   效率/% 7 0~8 9 7 5~9 0   7 5   6 5~7 0 6 0~6 5 7 5 9 0~9 4   寿命/周期 0 0 0 0 >1     4 5 0 0     4 5 0 0     0 0 0 0 >1     0 0 0 0 >1     0 0 0 0 >1     4 5 0 0     功率成本/ ( 美元 ·kW-1) 1 9 5 0~2 1 5 0       2 0 0 0~4 6 0 0       3 2 0 0~4 0 0 0       3 0 0 0~3 3 1 0       1 6 7 0~2 0 1 5       1 2 0 0~1 6 0 0       1 8 0 0~4 1 0 0       能量成本/ -1) ( ) 美元 ·( kW·h 3 9 0~4 3 0 6 2 5~1 1 5 0   4 4 5~5 5 5 7 5 0~8 3 0 3 4 0~1 3 5 0   3 0 0~4 0 0 9 0 0~1 7 0 0  

2  常见的几类储能电池介绍
2. 1  铅酸电池 铅酸电池是指以铅及其氧化物为电极、 硫酸溶 发展至今已有1 液为电解液的一种 二 次 电 池 , 5 0多 年历史 , 是最早 规 模 化 使 用 的 二 次 电 池 。 铅 酸 电 池 ( ) , 可靠性 的储能成本低 ( 1 5 0~6 0 0 美 元/ kW ·h) ) , 好, 效率较高( 目 前 已 经 成 为 交 通运 7 0% ~9 0% 国防 、 通信 、 电力 等 各 个 部 门 最 为 成 熟 和 应 用 最 输、 为广泛的电源技术之一 。 但是铅酸电池的循环寿命 ,能 量 密 度 低 ( 短( 5 0 0~1 0 0 0周 期 ) 3 0~   ( · ) / ) , , , 使 用 温 度 范 围 窄 充 电 速 度 慢 过 5 0W h k g 充电容易放 出 气 体 , 加 之 铅 为 重 金 属, 对环境影响 6] 。 使其后期的应用和发展受到了很大的限制 [ 大, 近年 来, 全球很多企业致力于开发性能更加优 良、 能满足各种使用要求的改性铅酸电池 , 其中值得 。 强调 的 是 铅 碳 超 电 池 ( l e a d c a r b o n u l t r a b a t t e r -   y) 铅碳超电 池 由 澳 大 利 亚 联 邦 科 学 与 工 业 研 究 组 织 ] 7 8 - ( , 发明 [ 以常用的超级电容器碳电极材料 C S I R O) 是铅酸电池和超级电容器 部分或全部取代铅 阳 极 , 的结合体 , 具有充 放 电 速 度 较 快 、 能 量 密 度 较 高、 使 用寿命较长等特点 , 可用于混合动力电动车 、 不间断 ) 供 电 系 统 等。对 此, 国内相关的研究机 电源 ( U P S 构也相继开展了研究 。 由于铅酸电池相对成熟的电 使其成为早期大规模电 池技术及较低的投 资 成 本 , 化学储能的主导技术 。 目前最大的铅酸电池储能电 其 装 机 功 率/容 量 达 站于 1 9 8 8 年在 美 国 加 州 建 造 , / · , 主 要 用 于 负 荷 调 整。 另 外, 在 1 0 MW 4 0 MW h — 4 8 —

美国 夏 威 夷 、 波 多 黎 各 和 德 国 等 地, 都 装 有 3~ 。 的铅酸电池 储 能 电 站 但 是 铅 酸电池的有 1 0 MW 限循环寿命在很大 程 度 上 提 高 了 其 单 周 储 能 价 格 , 使其在实际储能价 格 上 处 于 劣 势 , 从而严重阻碍了 铅酸电池的大规模储能应用 。 2. 2  锂离子电池 锂离子电池技术的发展始于 G o o d e n o u h提出 g [ ] 9 1 0 - , , 等嵌锂材料 这种材料已沿用至今 的L i C o O x 2 其电化学能量存储取决于锂离子在正负极电极材料 1 1] 。 基 于 上 述 发 现, 如 图 1 所 示[ 中的嵌入和 脱 嵌 , 1 9 9 1年 S o n y公司开始了锂离子电池的商业化进 , 其开路电 压 约 为 3 能量密度约为 程, . 7 V( 2 5 ℃) [ 1 2] / , ( ) / 功率密度超过 2 1 5 0A h k 0 0 W ·h k g g 。

图 1  锂离子电池原理示意图 F i . 1 S c h e m a t i c d i a r a m o f l i t h i u m i o n b a t t e r       -   g g y

· 储能技术及其在电力系统中的应用 ·   蒋   凯 , 等   几类面向电网的储能电池介绍

   早期锂离子电池的发展对于移动电子设备的发 展起到了很大的推 动 作 用 , 但是传统的锂离子电池 的安全性及成本制约使其应用往往局限于小型的移 动电子设备 , 在很大 程 度 上 限 制 了 其 在 电 网 储 能 中 的大规模应用 。 近年来 , 锂离子电池的研发重点是发展安全 、 高 效 、价 格 低 廉 的 正 极 材 料 来 取 代 L i C o O 2 体 [ ] [ 1 1, 1 3 1 5 1 6] - 。2 系 0 世纪 9 0 年代 末 , P a d h i 等人合成了 一种磷酸 铁 锂 ( 的 正 极 材 料, 首次从材料 L i F e P O 4) 上降低了锂离子电 池 的 价 格 , 使得锂离子电池在大 规模储能领域的应用成为可能 。 对于锂离子电池的负极材料, 目前使用较多的 。 、 , 是石墨 石墨电极容量大 电压高 但其快速充电时 由枝晶引发的短路带来了很大的安全隐患 。 目前正 1] 。 在开发金属及其氧化物等高比能的石墨替代物 [ 中国的锂离子电池行业起步晚 、 发展快 , 占据了 , 、 一些低端市 场 与 日 本 韩 国 等 相 比 还 有 较 大 的 差 距 。 而长寿命 、 低成 本 的 磷 酸 铁 锂 电 池 在 国 内 的 研 究和生产发展很快 , 是目前较有前景的电动车储能 磷酸 技术之一 。 若能较 好 地 解 决 系 统 的 安 全 问 题 , 铁锂电池 也 将 是 电 力 系 统 储 能 的 重 要 候 选 技 术 之 一 。 南方电网 公 司 在 深 圳 建 设 的 4 MW 储 能 示 范 电站就是采用的磷酸铁锂电池 。 2. 3  液流电池 液流电池是通过可溶性电对在惰性电极上发生 电化学反应而完成能量存储与释放的一类电池 。 与 其他电池不同的是 , 其电解质( 可 溶 性 电 对) 是分别 通过泵的驱动实现循环 存放在 2 个不同的 容 器 中 ,
1] 。 由于其结构特点 , 流动 , 如图 2 所示 [ 液流电池的 功率和容量相互独 立 , 可以根据需求分别调整系统

的L NA S A) a w r e n c e    美 国 国 家 航 空 航 天 局 ( / 于 世纪 年 代 发 明 了 液 流 电 池 T h a l l e r 2 0 7 0 F eC r ] 1 7 1 9 - , 随后 , 各种各样的液流电池体系快速发展 体系 [ 起来 。 目前比较成熟的液流电池技术包括全钒液流 , 、 电池 ( 锌溴 a l l v a n a d i u m r e d o x f l o w b a t t e r VR B)         y / , 、 液流电池 ( 铁铬液 z i n c b r o m i n e f l o w b a t t e r Z B B)     y / , 流电池 ( 和多硫 i r o n c h r o m i u m f l o w b a t t e r I C B)     y / 化 物/溴 液 流 电 池 ( o l s u l h i d eb r o m i n e f l o w   p y p , 。其 中, 全钒液流电池体系由澳大利 b a t t e r P S B) y [0] 亚新南威尔士大学的 S 于2 k l l a s a z a c o s等 人 2 0 -K y , 世纪 8 年 代 提 出 至 今 一 直 是 世 界 各 国 研 究 的 热 0 点, 并且占据了大部分液流电池市场 。 目前 , 已经有 兆瓦/兆瓦时级和超 过 兆 瓦 级 的 全 钒 液 流 电 池 组 投 入运营 , 其中最大的 全 钒 液 流 电 池 组 安 装 在 日 本 北 岛T 功 率 达 4 MW o m a m a e的 3 2 MW 风 电 场 中 , ( ,可 提 供 6 MW 的 脉 冲 功 率 长 达 6 MW ·h) [ 1] 。 3 0s 全钒液流电池运行的过程中通过钒的价态的改 变来传递电子 , 完成电能与化学能之间的转换 , 其开 。 近 年 来, 全钒液流电池 路电 压 为 1 . 2 6 V( 2 5 ℃) 的研究重点主要围绕电池的关键材料 ( 电解液 、 离子 交换膜 、 电极极板) 展 开。 离 子 交 换 膜 的 离 子 通 过 选择性以及寿命 都 是 直 接 影 响 电 池 性 能 的 重 要 率、 因素 。 目前 常 用 的 全 氟 磺 酸 膜 ( 的 寿 命、 价 n a f i o n) 格以及自放电导致的电池容量流失是制约全钒液流 电池发展的重要因素 。 开发新的取代膜将是全钒液 流电池的发展方向之一 。 高性能电极极板材料的选 高 比 表 面 积、 合 适 的 孔 洞、 低 择必须满足下列 条 件 : 电阻率以及对电对元素有较高的电化学活性 。 考虑 上述条件 , 石墨烯和碳基材料都是常用的电极材料 。 对电极 材 料 ( 尤 其 是 复 合 碳 材 料 电 极) 的化学处 [ 2 1] 2 2] 2 3] 理 、 电化学 处 理 [ 以 及 金 属 掺 杂[ 也是提高其 性能的重要方法 。 液流电池具有容量大 、 功率大 、 效率高 、 寿命长 、 安全性高等优点 , 使其在很短的时间内得到了较快 的发展 。 但是 , 其产业化仍面临电解液 、 电极极板特 别是离子交换膜等关键材料的制约及实际储能价格 偏高等问题 。 2. 4  钠硫电池 钠硫电池于 1 9 6 6年首先由美国福特公司针对 电动汽车中的 应 用 而 提 出 。 但 是 随 后 的 研 究 发 现 , 由于钠硫电池具有 高 比 功 率 和 比 能 量 、 低原材料成 、 本和制造成本 温度稳定性以及无自放电等特性 , 使

的容量和功率的 大 小 。 此 外 , 液态流动电解质使得 ( 。 液流电池响应时间极短 亚秒级 )

图 2  全钒液流电池原理示意图 F i . 2 S c h e m a t i c d i a r a m o f a l l v a n a d i u m         g g r e d o x f l o w b a t t e r     y

其成为目 前 最 具 市 场 活 力 和 较 好 应 用 前 景 的 储 能 电池 。 钠硫电池以熔融态的钠和硫分别作为负极和正 — 4 9 —

( ) 2 0 1 3, 3 7 1

 

极, 以β ″ l -A 2O 3 陶瓷管作为 固 态 电 解 质 兼 正 负 极 隔 膜, 电池的工作温度在 3 如图 3 所示 。 0 0~3 5 0 ℃,

钠价格低廉 、 储量 丰 富 , 且 与 锂 电 位 相 近, 以其作为 电极材料构成的钠离子电池在大规模储能应用中将 有很大的发展潜力 。 钠离子电池与锂离子电池结构 正负极材料均采用钠离子容易嵌入/脱 和原理相似 , 嵌的活性材料 , 电解 质 是 溶 解 有 钠 离 子 的 有 机 溶 剂 或采用盐 类 掺 杂 的 固 态 聚 合 物 。 与 锂 离 子 电 池 相 比, 钠离子电池预计在大规模储能领域更具有优势 , 不仅原材料价格低廉 、 储量丰富 , 而且钠的电位比锂 高0 尽管能量密度稍低一些 , 但这意味着钠离 . 3V, 子电池可以使用分 解 电 压 更 低 的 电 解 质 溶 液 , 使其 安全性能 明 显 优 于 锂 离 子 电 池 。 作 为 新 型 储 能 技 术, 钠离子 电 池 因 具 有 成 本 低 、 安全性高等独特优 势, 是一类很有潜力的锂离子电池替代品 。 由于钠离子半径较大 , 其嵌入和脱嵌的阻力大 , 导致正极材料的充 放 电 可 逆 性 比 较 差 , 不可逆容量 ; , 损失大 电池正极 的 容 量 偏 低 无 法 达 到 应 用 要 求 ; 正极材料在大电流充放电时性能不理想等等 。 这些 问题限制了钠离子电池的进一步实际应用 。 为了解 决上述问题 , 很多科 研 工 作 者 进 行 了 长 期 的 研 究 和 摸索并取得了较好的成果 。 早期研究 的 钠 离 子 正 极 材 料 主 要 为 N a o O xC 2 和N a n O xM 2 的层状 晶 体 化 合 物 及 它 们 的 掺 杂 化 合 物 。 但由于钴酸盐材 料 价 格 昂 贵 和 N a n O xM 2 中钠 [ 2 7] 离子嵌入 量 有 限 , 制 约 了 它 们 的 应 用。 近 年 来,
] 2 8 3 2 - , 有关钠离子正极材料研 究 的 报 道 很 多 [ 2 0 1 2年 ] [ 文献 [ 报 道 了 正 极 材 料 / / / 3 3 P 2 a e n O -N 2 3 F 1 2M 1 2] 2

图 3  钠硫电池原理示意图 / F i . 3 S c h e m a t i c d i a r a m o f N a S b a t t e r         g g y

钠硫电池的电极材料是钠和硫 , 储量丰富 , 成本 ( · ) 较低 。 钠硫电池理论能量密度约为 7 6 0 W h/ k g ( ( / ) , / ; 实际约 3 功 率 密 度 约 0 0 W ·h) k 2 3 0 W k g g 循环效率 8 循环寿命达1 0% 以 上 , 0 年 以 上。 钠 硫 ( 电池 储 能 成 本 约 为 4 美 和 0 0~6 0 0 元/ kW ·h) 比较接近大规模储能市场 1 0 0 0~3 0 0 0 美元/ kW ,     预期 。 大规模电网储能多方面的要求给钠硫电池的发 高温( 运行的钠 展提出 了 新 的 挑 战 。 首 先 , 3 5 0 ℃) 硫电池一旦陶瓷管 破 裂 形 成 短 路 , 将酿成很大的安 , 全事故 , 例如 : 年 月 日 日 本三菱材料筑 2 0 1 1 9 2 1 高温 波材料制作所内 的 钠 硫 电 池 发 生 火 灾 。 其 次 , 下钠硫电池的腐蚀问题仍是阻碍其进一步发展的主 要障碍之一 。 目前研究人员希望通过改进钠硫电池 结构来降低该电池 体 系 的 工 作 温 度 , 从而解决上述 问 题 。 例 如 :全 固 态 钠 硫 电 池 ,电 池 温 度 低 至
[4] , 甚至有 人 尝 试 制 备 了 室 温 下 工 作 的 钠 硫 9 0℃ 2 [ ] 2 5 2 6 - , 电池 不过这些电池的性能还有待进一步提高 。 目前 , 日 本 NGK 公 司 是 国 际 上 钠 硫 储 能 电 池

/ , 的容量可高 达1 与N 9 0mA h a金 属 组 装 的 电 池 , g 。 平均电压为 2 / / / . 7 5V 由于 P 2 a F e n O -N 2 3[ 1 2M 1 2] 2 容量高且价格低廉 , 该材料有望成为具有实用价值 的钠离子正极材料 。 钠离子负极材料在长期的研究中也取得了长足 进步 , 已经发现可用 于 钠 离 子 负 极 的 材 料 包 括 碳 材 料和金属氧化物 , 以 及 低 电 位 金 属 盐 等。碳 材 料 以
+ 其高储钠能力 、 低电 极 电 位 和 快 速 可 逆 的 N 嵌脱 a [ ] 3 4 3 5 - 。2 反应 成 为 这 类 活 性 物 质 的 首 选 0 1 1 年, [6] 发现了层状结构 P r e m k u m a r S e n u t t u v a n等人 3   g , 化合物 N a i 2T 3O 7 这也是迄今为止钠离子嵌 入电 位 [7] 最低的化合物 。 同年 , 报道了无 T i a n a R a h 等人 3   j j

研制 、 发展和应用的标志性机构。从 2 0世纪8 0年 代中期至 2 示范到 0 0 2年, NGK 公司完成了从开发 、 钠硫电 池 的 商 业 化 生 产 和 供 应 。 目 前 NGK 已 有 现已建成 1 0 0 余座钠硫 电 池 储 能 电 站 在 全 球 运 行 , 用于风电场的 3 4 MW 钠 硫 储 能 电 站 。 中 国 科 学 院 上海硅酸盐研究所是国内长期从事钠硫电池研究的 单位 , 在钠硫电池的 研 究 和 示 范 应 用 方 面 取 得 了 较 好的成绩 。

定形 T i O 2 纳 米 管 可 用 做 钠 离 子 负 极 材 料。 此 外, 近年来有关钠离子电池的电解质研究更倾向于固态 电解质 , 包括聚合物电解质 。 近 1 0 多年来发展起来 — —钠 超 离 子 导 体 的 一 种 复 合 物 电 解 质— [ 3 8] ( ) 和S NA S I C ON i O 2 骨架三维空间钠离子导体 是固态电解质的较 好 选 择 , 但尚未在钠离子电池中 得到应用 。 钠离 子 电 池 目 前 仍 处 于 研 发 阶 段 , 离实用还有

3  新型储能电池研究实例
3. 1  钠离子电池 锂离子电池的飞速发展必然会导致锂资源的紧 , 缺 从而影响其 储 能 价 格 和 大 规 模 持 续 供 给 。 金 属 — 5 0 —

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一定的距离 , 但其潜 在 的 资 源 和 价 格 优 势 使 得 钠 离 子电池在大规模储能应用中具有较大的潜力 。 3. 2  液态金属电池 电网静态电化学储能与汽车动力电源对电池特 性的要求各有侧重 , 前者以储能价格和电池寿命作 为第一要素 , 而后者则以能量密度 、 功率特性和安全 性能作为研发重 点 。 因 此 , 静态电化学储能技术的 发展如果完全沿用 动 力 电 池 的 研 究 思 路 , 将很难实 现新的技术突破 。 实现储能技术的低价格 、 长寿命 、 高效率和易放大 , 是电网电化学储能研究领域的共 同目标 。 然而 , 前述 各 种 电 化 学 储 能 技 术 都 不 能 很 好地满足这些目 标 。 针 对 这 个 问 题 , 美国麻省理工 学院 ( 近年来提 M I T) S a d o w a y 教 授 等 人 独 辟 蹊 径, 出液态金属电池大规模电化学储能的新思路 。 从液 态金属电池的工作 原 理 、 工程设计到现有研究结果 能较好地满足 前 述 大 规 模 静 态 储 能 的 技 术 要 来看 , 求 。 因此 , 这一技术在美国引起了学术界 、 工业界及
3 9] 。 政府部门的广泛关注和媒体报道 [

2 / 离子迁移率 , 使得液态金属电池即使在几 A 的 c m 电流密度下充放电时 , 依然能保持较高的能量效率 。

液态电极不存在长期使用造成的电极形变和枝晶生 因此可以长 长等影响电池寿命 及 安 全 性 能 的 因 素 , 期安全运行 , 预计电池寿命可以达到 1 5 年 。 无机熔 盐电解质兼做正负极隔离层 , 电池无需特殊隔膜 , 既 降低了电池的成本 , 又使得电池体系容易放大和生 产 。 由于不存在隔 膜 技 术 的 制 约 , 且电极和电解质 来源广泛 、 价格较低 , 通过测算得出液态金属电池系 ( ) , 统的储能价格有望低于2 能满足 5 0 美元/ kW·h 目前市场对大规模储能的价格预期 。 液态金属电池 的高倍率充放电性 能 及 电 池 系 统 的 可 放 大 性 , 使得 液态金属电池能满 足 能 量 型 和 功 率 型 双 重 应 用 , 在 大规模储能中有着广阔的应用前景 。 4 5] , 以镁 — 锑液态 金 属 电 池 为 例 [ 该电池体系分 和锑( 作 为 负 极 和 正 极, 以 别采用金 属 镁 ( M S b) g) 。 混合熔 盐 为 电 解 质 电 池 工 作 原 M C l C l a C l -N g 2-K 理示意图如图 4 所示 。

液态金属电池的原型为全液态电解池, 其原始 概念 可 以 追 溯 到 2 0世纪2 0年代美国铝业公司 ( ) 为电解制备高纯 A l u m i n u m C o m a n o f Am e r i c a     p y   铝而发展起 来 的 3 层 液 态 H 即液 o o e s电 化 学 池, p 以熔融 态 铝 和 铜 铝 合 金 分 别 作 为 负 极 和 正 极, [ 4 0] 。2 A l F a F B a F 0世纪六 - 3-N 2 为电解质的电解池 七 十 年 代 ,通 用 汽 车 公 司 ( G e n e r a l o t o r s  M ) ( ) 和 原 子 国 际 A t o m i c s I n t e r n a t i o n a l, C o r o r a t i o n   p 特别 是 美国 阿贡 国 家实 验 室 ( A r o n n e N a t i o n a l   g ) , , L a b o r a t o r y 基于全液态电解池的基本概念 开展
] 4 1 4 4 - 。 了约 1 热再生 ) 高温电池的研究 [ 0 年的全液态 ( 但随着电动汽车的 发 展 , 研究人员越来越多地将目

图 4  镁 -锑液态金属电池工作原理示意图 F i . 4 S c h e m a t i c d i a r a m o f M S b l i u i d m e t a l b a t t e r       -       g g g q y

光投向具有更高比 能 量 的 其 他 电 池 体 系 , 最终放弃 了这一类电池的 研 究 。 近 年 来 , 在美国能源部和法 国T 包括本文主要 O TA L 石油公司的 大 力 资 助 下 , 作者在内的 M I T 液态金属电池研发团队创新性地 开展了液态金属电 池 的 材 料 和 系 统 的 研 究 , 取得了 较好的成果 。 液态金属电池以熔融态金属作为正负极, 熔盐 作为 电 解 质 。 由 于 熔 融 态 金 属 与 熔 盐 互 不 混 融 , 3 层液态由于密度的差异而自 动 分 层 。 在 电 池 放 电 时, 负极金属失去 电 子 , 并 通 过 外 电 路 做 功, 而负极 金属离子化后通过熔盐迁移到正极并与正极金属合 金化 。 充电则执行相反的过程 。 液态金属电池的特殊设计使其具有较好的储能 液态电 极 的 使 用 在 很 大 程 度 上 克 服 了 性能 。 首先 , 固态电极所固有的 较 慢 动 力 学 特 性 , 同时无机熔盐 -1 ( · ) 的电导率也大大提升了电解质的 高达 3 Ω c m

但镁 — 锑 液 态 金 属 电 池 的 工 作 温 度 较 高 ( 约 , , 放电电压较低 ( 因此 , 该 体系 7 0 0 ℃) 0 . 4~0 . 5V) 不具有实际的应用价值 。 通过新型电极材料和系统 的研发 , 具有较好储 能 性 能 的 实 用 体 系 现 已 基 本 研 4 6] 。 相关研究成果即将正式发表 [ 发成功 , 液态金属电池在大规模电网储能应用中具有前 述诸多优点 , 但电池的全液态设计 、 电池的高温操作 和相对较低的电池电压则限制了其在汽车动力电池 中的应用 。 目前液态金属电池研发的重点是通过开 发新材料 、 选择新 体 系 、 降 低 电 池 操 作 温 度、 提高电 池电压 , 来 进 一 步 提 高 电 池 性 能 和 降 低 储 能 成 本。 , 同时 液态金属电池 的 高 温 密 封 和 腐 蚀 等 问 题 仍 需 要加强研究 。

4  结语
电化学储能技术在现代电力系统中的重要性不 特别是对消 纳 可 再 生 能 源 具 有 十 分 重 要 的 言而喻 , 意义 。 目前发展比 较 成 熟 的 电 化 学 储 能 技 术 中 , 铅 酸电池对环境的影响及其有限的循环寿命制约了其 — 5 1 —

( ) 2 0 1 3, 3 7 1

 
[ ]M , 9 I Z U S H I MA  K, J ON E S P C,W I S EMAN P J e t a l . L i o O           xC 2 ( ) : 0<x<1 a n e w c a t h o d e m a t e r i a l f o r b a t t e r i e s o f h i h e n e r                 g g y [ ] , ( ) : d e n s i t J .M a t e r i a l R e s e a r c h B u l l e t i n 1 9 8 0, 1 5 6 7 8 3 7 8 9.     - y [ ]THA 1 0 C K E RAY  M  M,D AV I D  W I F,B RU C E P G, e t a l .           L i t h i u m n s e r t i o n n t o a n a n e s e i n e l s[ J] . M a t e r i a l  i  i  m  s g p , ( ) : R e s e a r c h B u l l e t i n 1 9 8 3, 1 8 4 4 6 1 4 7 2.   - [ ] 1 1 B a s i c r e s e a r c h n e e d s f o r e l e c t r i c a l n e r t o r a e[ R] .          e g y g  s , W a s h i n t o n,D C, U S A: O f f i c e o f B a s i c E n e r S c i e n c e s       g g y   , U. S. D e a r t m e n t o f E n e r 2 0 0 7.     p g y [ ]TA 1 2 RA S C ON J M,A RMAN D  M. I s s u e s a n d c h a l l e n e s f a c i n           g g [ ] , : r e c h a r e a b l e l i t h i u m b a t t e r i e s J .N a t u r e 2 0 0 1, 4 1 4( 6 8 6 1)     g 3 5 9 3 6 7. - [ ]MAK 1 3 I MURA  Y,OH Z UKU  T.L i t h i u m i n s e r t i o n m a t e r i a l o f       [ ] / / L i N i M n O o r a d v a n c e d l i t h i u m i o n b a t t e r i e s J . J o u r n a l     -   12 1 2 2f , P o w e r S o u r c e s 2 0 0 3, 1 1 9: 1 5 6 1 6 0. o f     - [ ]YA 1 4 B UU CH I Z UKU T. N o v e l i t h i u m n s e r t i o n  N, OH  l  i
/ / / m a t e r i a l f i C o i n o r d v a n c e d i t h i u m i o n  o  L  a  l - 1 3N 1 3M 1 3O 2 f

在大规模储能中 的 应 用 。 新 的 铅 酸 电 池 结 构 , 特别 是铅碳超电池等有 望 成 为 目 前 铅 酸 电 池 的 替 代 品 , 从而有效拓展铅酸电池的应用范畴 。 锂离子电池储 能价格较高 , 其安全 性 能 也 一 直 是 一 个 值 得 特 别 关 液流电池比较容易放 注的问题 。 相比锂 离 子 电 池 , 电池成本较低 , 更 加 适 合 电 网 大 规 模 储 能 应 用。 大、 但液流电池结构相对比较复杂 , 需要对电解液 、 电极 进一步提 极板特别是离子交 换 膜 等 进 行 技 术 攻 关 , 高电池性能和降低储能价格 。 钠硫电池拥有较高的 具有使用 寿 命 长 、 转 化 效 率 高 等 特 点, 是目 比容量 , 。 前应用较多的储能电池 但钠硫电池中的关键部件 ″ l -A 2O 3 陶瓷 管 的 制 备 技 术 仅 被 极 少 数 公 司 所 掌 β 握, 加上其安全隐患一直存在 , 很大程度上制约了钠 硫电池在储能领域的推广应用 。 在进一步提高上述电池的性能、 降低其储能价 , 格的同时 亟需发展 下 一 代 能 满 足 大 规 模 储 能 应 用 的电化学储能新体系 。 处于发展过程中的新型电池 储能技术多种多 样 。 从 资 源 的 角 度 而 言 , 钠离子电 池将会得到应有的 重 视 , 其发展应借鉴锂离子电池 采用价格低 廉 的 钠 元 素 取 代 锂 从 而 降 低 电 的经验 , 池系统的储能价格 , 同时将较好地解决钠硫电池使 用单质钠和硫带来的安全问题 。 从电池系统设计角 度, 液态金属电池采 用 不 同 于 一 般 电 池 的 全 液 态 结 构, 使用廉价金属及无机盐作为电极和电解质 , 其结 容易放大 、 运行寿命长 、 储能价格低 , 在面向 构简单 、 电网的大规模储能应用中预计会有较好的前景 。

[ ] , J . J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s 2 0 0 3, 1 1 9: 1 7 1 1 7 4. b a t t e r i e s       - [ ]G 1 5 O O D E NOUGH J B,K I M  Y. C h a l l e n e s f o r r e c h a r e a b l e L i           g g [ ] , ( ) : J . C h e m i s t r o f M a t e r i a l s 2 0 1 0, 2 2 3 5 8 7 6 0 3. b a t t e r i e s   - y   [ ] 1 6 P A DH I A  K,NAN J UN D A SWAMY  K S,G O O D E NOUGH J       B. P h o s h o o l i v i n e s s o s i t i v e l e c t r o d e a t e r i a l s o r -  a  p  e  m  f p [ ] i t h i u m a t t e r i e s J . J o u r n a l f h e r e c h a r e a b l e   l   b   o   t g , ( ) : E l e c t r o c h e m i c a l S o c i e t 1 9 9 7, 1 4 4 4 1 1 8 8 1 1 9 4.   - y [ ]THA 1 7 L L E R L  H.E l e c t r i c a l l r e c h a r e a b l e r e d o x f l o w c e l l s         y g   [ R] .W a s h i n t o n, D C,U S A: N a t i o n a l A e r o n a u t i c s a n d S a c e       g p , A d m i n i s t r a t i o n 1 9 7 4. [ ]THA : 1 8 L L E R L  H.E l e c t r i c a l l r e c h a r e a b l e r e d o x f l o w c e l l         y g   [ U S A, 3 9 9 6 0 6 4 P] . 1 9 7 6. [ ]THA 1 9 L L E R L  H.E l e c t r o c h e m i c a l c e l l f o r r e b a l a n c i n r e d o x         g   [ f l o w s s t e m:U S A, 4 1 5 9 3 6 6 P] . 1 9 7 9.   y [ ] 2 0 S KY L L A S Z A C O S M,R Y CHC I K  M,R O B I N S R G,e t -KA       a l .N e w a l l v a n a d i u m r e d o x f l o w c e l l[ J] .J o u r n a l o f t h e   -           , ( ) : E l e c t r o c h e m i c a l S o c i e t 1 9 8 6, 1 3 3 5 1 0 5 7 1 0 6 2.   - y [ ] , S 2 1 S UN i a n t i n KY L L A S Z A C O S h e m i c a l   B -KA   M. C g o f e l e c t r o d e m a t e r i a l s f o r v a n a d i u m r e d o x m o d i f i c a t i o n r a h i t e               g p :P f l o w b a t t e r a l i c a t i o n a r t Ⅱ  a c i d t r e a t m e n t s[ J] .     y p p   , ( ) : E l e c t r o c h i m  A c t a 1 9 9 2, 3 7 1 3 2 4 5 9 2 4 6 5. - [ ] , HUANG , L 2 2 L I i a o a n e l o n I U u i n, e t l .  X  K  S  a g g g q C h a r a c t e r i s t i c s o f r a h i t e e l t l e c t r o d e l e c t r o c h e m i c a l l    g  f  e  e p y o x i d i z e d o r a n a d i u m e d o x a t t e r l i c a t i o n [ J] .  f  v  r  b y p p  a , , T r a n s a c t i o n s o f N o n f e r r o u s M e t a l s S o c i e t o f C h i n a 2 0 0 7           y   ( ) : 1 7 1 1 9 5 1 9 9. - [ ] , S 2 3 S UN i a n t i n KY L L A S Z A C O S h e m i c a l   B -KA   M. C g a n d e l e c t r o c h e m i c a l b e h a v i o u r o f f i b r e i n m o d i f i c a t i o n r a h i t e               g p ,1 a c i d i c a n a d i u m o l u t i o n[ J] .E l e c t r o c h i m A c t a 9 9 1,  v  s ( / ) : 3 6 3 4 5 1 3 5 1 7. - [ ] 2 4 P A R K C  W, R YU  H S, K I M  K  W,e t a l .D i s c h a r e       g r o e r t i e s f l l s o l i d o d i u m s u l f u r a t t e r s i n o l  o  a -  s -  b p p y g y  u  p ( , e t h l e n e o x i d e)e l e c t r o l t e[ J] .J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s         y y ( ) : 2 0 0 7, 1 6 5 1 4 5 0 4 5 4. - [ ]WANG , , 2 5 J i u l i n YANG J u n NU L I Y, e t a l . R o o m t e m e r a t u r e           p / S b a t t e r i e s w i t h s u l f u r c o m o s i t e c a t h o d e m a t e r i a l s[ J] . N a             p , ( ) : E l e c t r o c h e m i s t r C o mm u n i c a t i o n s 2 0 0 7, 9 1 3 1 3 4. - y   [ ]HO 2 6 S UK i s c h a r e r e a c t i o n m e c h a n i s m f o o m-   R. D      o  r g t e m e r a t u r e s o d i u m s u l f u r b a t t e r w i t h t e t r a e t h l e n e l c o l   -         p y y g y   [ ] , d i m e t h l e t h e r l i u i d e l e c t r o l t e J . J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s             y q y ( ) : 2 0 1 1, 1 9 6 1 1 5 1 8 6 5 1 9 0. - [ ]ME 2 7 N I B OUR E A,D E LMA S C.E l e c t r o c h e m i c a l i n t e r c a l a t i o n        

参 考 文 献
[ ]YANG , , 1 Z h e n u o Z HANG J i a n l u K I NTN E R-ME Y E R  M  C  W,     g e t a l .E l e c t r o c h e m i c a l e n e r s t o r a e f o r J] . r e e n r i d[           g y g g g   , ( ) : C h e m i c a l R e v i e w s 2 0 1 1, 1 1 1 5 3 5 7 7 3 6 1 3.   - [ ]HAYMAN , B 2 D E L-HE I N E N R ON D S T E D   B, WE  J   P. [ ] M a t e r i a l s c h a l l e n e s i n r e s e n t a n d f u t u r e w i n d e n e r J .MR S               g p g y , ( ) : 2 0 0 8, 3 3 4 3 4 3 3 5 3. B u l l e t i n - [ ] 3 B RA D F O R D R P,CHE T S.T h e r o l e o f e n e r s t o r a e i n               g y g   d e v e l o m e n t o f s m a r t r i d s[ J] .P r o c e e d i n s o f I E E E,2 0 1 1,           p g g ( ) : 9 9 6 1 1 3 9 1 1 4 4. - [ ] 4 S O L OV E I CH I K G a t t e r e c h n o l o i e s o r a r e s c a l e    L. B  f  l - y g g  t ] s t a t i o n a r e n e r s t o r a e[ J .A n n u a l R e v i e w o f C h e m i c a l a n d         y g y g     , ( ) : B i o m o l e c u l a r E n i n e e r i n 0 1 1 2 5 0 3 5 2 7.   - g g 2 [ ]DUNN 5 B, KAMATH  H, TA RA S C ON J .E l e c t r i c a l e n e r       g y : [ ] , f o r t h e a b a t t e r o f c h o i c e s J .S c i e n c e 2 0 1 1, s t o r a e r i d           y g g   ( ) : 3 3 4 6 0 5 8 9 2 8 9 3 5. - [ ] , , 6 CHE N  H a i s h e n C ONG T  N,YANG  W e i e t a l . P r o r e s s i n       g g ] e l e c t r i c a l e n e r s t o r a e s s t e m: a c r i t i c a l r e v i e w[ J . P r o r e s s         g y g y g   , ( ) : i n N a t u r a l S c i e n c e 2 0 0 9, 1 9 3 2 9 1 3 1 2.     - [ ] 7 L AM  L T, L OU E Y R. D e v e l o m e n t o f u l t r a b a t t e r f o r h b r i d         -   - p y y   , e l e c t r i c v h i c l e a l i c a t i o n s[ J] .J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s  e         p p ( ) : 2 0 0 6, 1 5 8 2 1 1 4 0 1 1 4 8. - [ ] 8 L AM  L T, L OU E Y R, HA I GH  N P, e t a l . V R L A u l t r a b a t t e r           y f o r a r t i a l h i h r a t e s t a t e o f c h a r e o e r a t i o n[ J] .J o u r n a l o f   -   - - -     p g g p , ( ) : P o w e r S o u r c e s 2 0 0 7, 1 7 4 1 1 6 2 9.   -

— 5 2 —

· 储能技术及其在电力系统中的应用 ·   蒋   凯 , 等   几类面向电网的储能电池介绍
] a n d d e i n t e r c a l a t i o n o f N a n O r o n z e s[ J . J o u r n a l o f S o l i d           xM 2b , ( ) : S t a t e C h e m i s t r 1 9 8 5 5 7 3 2 3 3 3 1.   - y [ ] , 2 8 B A R K E R J S A I D I M  Y,SWOY E R J L.A s o d i u m i o n c e l l           -   b a s e d o n h e l u o r o h o s h a t e o m o u n d a V P O F[ J] .    t  f  c  N p p p 4 , ( ) :A a n d S o l i d S t a t e L e t t e r s 2 0 0 3, 6 1 1 4. E l e c t r o c h e m i c a l     -   -A [ ] ,S 2 9 B A R K E R J A I D I M  Y,SWOY E R J L.A c o m a r a t i v e           p i n v e s t i a t i o n o f h e i n s e r t i o n r o e r t i e s f h e o v e l    t  L  i  p  o  t  n g p ] f l u o r o h o s h a t e h a s e s N a V P O F a n d L i V P O F[ J . J o u r n a l         p p p 4 4 ,2 :A o f t h e E l e c t r o c h e m i c a l S o c i e t 0 0 4, 1 5 1( 1 0) 1 6 7 0       - y A 1 6 7 7. [ ] , 3 0 B A R K E R J G OV E R R  K B, B URN S P, e t a l .H b r i d i o n a           -   y l i t h i u m i o n c e l l b a s e d o n a s o d i u m i n s e r t i o n m a t e r i a l[ J] . -               , ( ) :A J o u r n a l o f S o l i d S t a t e C h e m i s t r 2 0 0 6, 9 4 1 9 0 1 9 2.         -A y [ ] , , 3 1 E L L I S B L MAKAHNOUK  W  R  M MAK I MURA  Y, e t a l .       A  m u l t i f u n c t i o n a l 3 . 5 Vi r o n b a s e d h o s h a t e c a t h o d e o r   -  p  f p ,2 : r e c h a r e a b l e b a t t e r i e s[ J] .N a t u r e M a t e r i a l s 0 0 7,6( 1 0)     g 7 4 9 7 5 3. - [ ]R 3 2 E CHAM N, CHO TA R D P ONT t l .  J  N, DU  L, e  a s n t h e s i s o f s o d i u m- b a s e d f l u o r o h o s h a t e c a t h o d e I o n o t h e r m a l           y p p [ ] ,2 m a t e r i a l s J . J o u r n a l o f t h e E l e c t r o c h e m i c a l S o c i e t 0 0 9,         y ( ) :A 1 5 6 1 2 9 9 3 9 9 9. -A [ ]YA , KA ,I 3 3 B UU CH I N a o a k i J I YAMA M a s a t a k a WATAT E   , / / J u n i c h i e t a l . P 2 t e N a F e n O a d e f r o m e a r t h   -       - y p x[ 1 2M 1 2] 2 m a b u n d a n t e l e m e n t s f o r r e c h a r e a b l e N a b a t t e r i e s[ J] .N a t u r e           g , ( ) : M a t e r i a l s 2 0 1 2, 1 1 6 5 1 2 5 1 7. - [ ] , ,OKA 3 4 P A R K S I G O CHE VA I D A S, e t a l .E l e c t r o c h e m i c a l           r o e r t i e s o f N a T i P O n o d e f o r r e c h a r e a b l e a u e o u s           p p g q 2( 4) 3 a i o n b a t t e r i e s[ J] .J o u r n a l f h e l e c t r o c h e m i c a l s o d i u m -    o  t  E , , ( ) :A S o c i e t 2 0 1 1 1 5 8 1 0 1 0 6 7 1 0 7 0. -A y [ ]X , 3 5 I ONG  H u i S L AT E R  M  D,B A L A S U B RAMAN I AN  M, e t T i O a n o t u b e a n o d e f o r r e c h a r e a b l e s o d i u m a l .Am o r h o u s           g p 2n ,2 : i o n b a t t e r i e s[ J] .C h e m i c a l P h s i c s L e t t e r s 0 1 1,2( 2 0)       y 2 5 6 0 2 5 6 4. - [ ]A 3 6 L C ANTA RA R, J A RA B A  M, L AV E L A P, e t a l .N i C o       2O 4 : s i n e l f i r s t r e o r t o n a t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e f o r t h e n e a t i v e                   p p g [ ] , e l e c t r o d e o f s o d i u m i o n b a t t e r i e s J .C h e m i s t r o f M a t e r i a l s     -     y   ( ) : 2 0 0 2, 1 4 7 2 8 4 7 2 8 4 8. - [ ] 3 7 S E NGUT TUVAN P,P A L A C I N  M  R. N a i l o w e s t   2T 3O 7: v o l t a e e v e r r e o r t e d o x i d e i n s e r t i o n e l e c t r o d e f o r s o d i u m i o n                 g p ,2 : J] .C h e m i s t r f a t e r i a l s 0 1 1, 2 3( 1 8) b a t t e r i e s[  M y  o 4 1 0 9 4 1 1 1. - [ ] ,E 3 8 P L I CHTA J DWA R D K,B EHL  W.M e t h o d o f m a k i n a         g   :U f l e x i b l e s o l i d e l e c t r o l t e f o r u s e i n s o l i d s t a t e c e l l s S A,                 y [ 5 2 6 4 3 0 8 P] . 1 9 9 3. [ ] 3 9 S A D OWAY D,C E D E R G,B RA DWE L L D.H i h a m e r a e       - g p g :U / e n e r s t o r a e d e v i c e a n d m e t h o d S A, 2 0 0 8 0 0 4 4 7 2 5[ P] .       g y g   2 0 0 8. [ ] 4 0 S H I MO TAK E  H,R O G E R S G L,C A I RN S E J .S e c o n d a r         y c e l l s w i t h l i t h i u m a n o d e s a n d i mm o b i l i z e d f u s e d s a l t e l e c t r o l e s             -   y [ ] J . I n d u s t r i a l a n d E n i n e e r i n C h e m i s t r P r o c e s s D e s i n a n d         g g y g     , ( ) : D e v e l o m e n t 1 9 6 9, 8 1 5 1 5 6. - p [ ] , 4 1 C A I RN S E J S H I MO TAK E  H. R e c e n t a d v a n c e s i n f u e l c e l l s             [ ] a n d t h e i r a l i c a t i o n t o n e w h b r i d s s t e m s J .A d v a n c e s i n               p p y y , ( ) : 1 9 6 9, 9 0 3 0 3 9 2 4 2 5. C h e m i s t r - y [ ]AG [ ] 4 2 RU S S B.T h e t h e r m a l l r e e n e r a t i v e l i u i d e t a l c e l l J .       -m   y g q   , 1 ( ) : J o u r n a l f l e c t r o c h e m i c a l o c i e t 9 6 3, 1 1 0 1 1  o  E  S y 1 0 9 7 1 1 0 3. - [ ] ,S 4 3 C A I RN S E J H I MO TAK E  H.H i h t e m e r a t u r e b a t t e r i e s         g p [ ] , ( ) : J . S c i e n c e 1 9 6 9, 1 6 4 3 8 8 6 1 3 4 7 1 3 5 5. - [ ]HO 4 4 O P E S  W.E l e c t r o l t i c a l l r e f i n e d a l u m i n u m a n d a r t i c l e s -       y y [ m a d e t h e r e f r o m:U S A, 1 5 3 4 3 1 5 P] . 1 9 2 5.   [ ] ,K ,S 4 5 B RA DWE L L D J I M  H o o n I R K  A  H  C, e t a l .       j g M a n e s i u m- a n t i m o n l i u i d m e t a l b a t t e r f o r s t a t i o n a r e n e r       g y q y y g y       [ ] , s t o r a e J . J o u r n a l o f t h e Am e r i c a n C h e m i s t r S o c i e t 2 0 1 2,         g y y   ( ) : 1 3 4 4 1 8 9 5 1 8 9 7. - [ ]K , 4 6 I M  H o o n B OY S E N D  A, N EWHOU S E J M, e t a l . L i u i d         j g q :p ,p ,a m e t a l a s t r e s e n t b a t t e r i e s n d f u t u r e[ J] .C h e m i c a l     , i n r e s s . R e v i e w s   p

, 蒋   凯( 男, 通信作者 , 博士 , 教授 , 主要研究方 1 9 7 6—) : 向: 新型 电 化 学 储 能 技 术 和 新 能 源 材 料 。E-m a i l k i a n j g@ h u s t . e d u . c n , 李浩 秒 ( 男, 硕 士 研 究 生, 主 要 研 究 方 向: 新型 1 9 8 9—) 高温电池 。 , 李 威( 男, 硕 士 研 究 生, 主 要 研 究 方 向: 新型 1 9 8 7—) 储能电池 。

( 编辑   章黎 )

O n S e v e r a l B a t t e r T e c h n o l o i e s f o r P o w e r G r i d s           y g  
1, 2 1, 2 1, 2 1 , , , J I ANG  K a i L I  H a o m i a o L I  W e i CHENG  S h i i e j , ( 1. S t a t e K e L a b o r a t o r o f A d v a n c e d E l e c t r o m a n e t i c E n i n e e r i n a n d T e c h n o l o           y y g g g g y       , , ; H u a z h o n U n i v e r s i t o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o h a n 4 3 0 0 7 4 C h i n a         g y g y Wu     ,H ,Wu ) 2. C o l l e e o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d T e c h n o l o i e s u a z h o n U n i v e r s i t o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o h a n 4 3 0 0 7 4, C h i n a                   g g g y g y    

A b s t r a c t: A a i n s t t h e b a c k r o u n d o f e v e r i n c r e a s i n i m o r t a n c e o f b a t t e r t e c h n o l o i e s f o r r i d s c a l e e n e r s t o r a e w i t h t h e         -         -       g g g p y g g g y g       e n e r s t o r a e b a t t e r i e s l a i n a c r u c i a l r o l e i n t h e d e v e l o m e n t o f m o d e r n e l e c t r i c o w e r s s t e m, a d i s c u s s i o n i s m a d e o n t h e                                   g y g p y g p p y     , , h i s t o r c u r r e n t r e s e a r c h a n d d e v e l o m e n t o f s e v e r a l b a t t e r t e c h n o l o i e s a v a i l a b l e i n c l u d i n l e a d a c i d b a t t e r l i t h i u m i o n                     - y p y g g y     , , b a t t e r f l o w b a t t e r s o d i u m s u l f u r b a t t e r a n d n e w l e m e r i n s o d i u m i o n b a t t e r a n d l i u i d m e t a l b a t t e r . T h e a d v a n t a e s         -           y, y y y g g y q y g       , a n d c h a l l e n e s f o r r i d s c a l e e n e r s t o r a e a l i c a t i o n o f t h e s e t e c h n o l o i e s a r e a n a l z e d . I t i s c o n s i d e r e d t h a t w h i l e f u r t h e r o f       g             g     g - y g p p g     y   , i m r o v i n t h e o f e x i s t i n b a t t e r i e s a n d l o w e r i n t h e c o s t o f e n e r s t o r a ei t i s i m e r a t i v e t o d e v e l o t h e n e x t e r f o r m a n c e                           p g p g g g y g p p           e n e r a t i o n o f e l e c t r o c h e m i c a l e n e r s t o r a e s s t e m c a a b l e o f m e e t i n l a r e s c a l e a l i c a t i o n .               -   g g y g y p g g p p     T h i s w o r k i s s u o r t e d b F u n d a m e n t a l R e s e a r c h F u n d s f o r t h e C e n t r a l U n i v e r s i t i e s( N o . 2 0 1 2 QN 0 3 8, N o . 2 0 1 2 T S 0 6 1) .                     p p y   ; ; ; ; ; K e w o r d s: e l e c t r o c h e m i c a l e n e r s t o r a e s o d i u m i o n b a t t e r l i u i d m e t a l b a t t e r l e a d a c i d b a t t e r l i t h i u m i o n b a t t e r   -           -   g y g y q y y y y     ; f l o w b a t t e r s o d i u m s u l f u r b a t t e r       y y

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