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钠镍电池很有用 但也没“碾压锂电池”那么玄

作者:极速pk10投注新闻中心 来源:腾讯科技&知乎 发布时间:2019-05-29 浏览:
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文/知乎电池技术话题优秀回答者弗雷刘

近日来,有一则新闻报告:“浙江安力能源有限公司(以下简称安力能源)投入建设近两年的钠镍电池项目一期正式投产。该项目投产,也标志着我国首个钠镍电池项目正式量产。据了解,该项目计划总投资6.59亿元,规划总产能500MWh,一期产能50MWh。”

总体来说,大多新闻的报道比较客观,这也是中国在这种储能技术上产业化的重要进展,应该为安力能源公司感到骄傲。然而并非所有的新闻报告都能够足够的客观,而这种钠镍电池技术本身偏冷门,加上一些不严谨的报告,就会误导普通人,比如:

寿命是锂电池的2到5倍?体积比锂电系统小50%以上?全生命周期成本低50%?

以上这些论断可能有一定依据,但是前提不明,数据不明,并不是一个好的介绍。就此机会,笔者也想简单介绍一下这种实现产业化的钠镍电池,以及其与锂电的对比。

1.什么是钠镍电池?

钠镍电池机理图

该类电池是上世纪80年代南非提出的,也叫ZEBRA电池。这种电池本质上是一种融盐电池,其使用熔融盐作为电解质实现内电路的电荷传导,主要包括NiCl2, FeCl2, ZnCl2以及NaAlCl4等,中间使用β-Al2O3作为隔膜防止内短路,正极为NiCl2负极为熔融态的Na金属,运行时的反应为

注意:该类电池的近亲是钠硫电池(已经在国外尤其是日本有了很多工业化储能应用的先例),这两种电池都是融盐电池,共同特点都是要在一定的温度下(并非室温)来运行,300oC左右运行非常正常,因为只有温度高到一定程度,盐才能是熔融态才能实现钠离子的导通,而此时其中的钠金属也已经是熔融态了。而相比于它的亲戚钠硫电池,钠镍电池有几个优点:金属卤化物腐蚀性小,安全性高以及抗过充放。但是缺点在于,能量密度并不是非常出众(低于钠硫,以及必须要在300 摄氏度下运行。

2.VS锂电,钠镍电池的性能如何?


笔者从学术文献中摘到了关于钠镍电池的性能表,可以看到作为储能技术其关键的衡量指标都已经在这个表中有了体现。

从这个表中不难看出,第二列钠镍电池在很多指标方面与第一列的钠硫电池相比,都有相近之处,各有所长:能量密度与效率要低一些,但是在寿命方面的指标要更稳定一些,两者成本接近,都更适合用于中大规模储能。

然而如上所示,有的文章声称其寿命是锂电池的2-5倍,体积比锂电系统小50%以上,成本要低50%---------很遗憾,这些论述是问题最大的,缺乏数据的支撑,非常不客观。

首先我们从相同的文献中摘到了锂离子电池的数据,如下表第四列

其实有心的读者仔细一比就可以看出,锂离子电池几乎在所有指标上都优于钠镍电池,只是可能数值分布范围有些宽,数据小的时候可能接近,但是大的时候就远超钠镍了,这是为什么呢?

主要因为锂离子电池技术路线多(磷酸铁锂,三元等),然后在产品开发的时候各家的技术实力,产品设计方向,质量控制都不一样,这就导致了各家的电池性能差别很大,但是总体来说,拿出国内龙头企业的锂离子电池,是无论如何也不会产生以上所述的对比情景的:

钠镍电池单体135Wh/kg---------锂离子动力电池最好的可以做到300Wh/kg….

钠镍电池寿命是锂电池的2到5倍----抱歉从这个表里没看出来,事实上很多人对锂电池寿命的抱怨,主要是因为很多厂家的低端产品本身电芯单体寿命不佳,加之一致性差使得在服役过程中衰减加速,如果用优质的锂电产品比,两者寿命不会有特别悬殊的差距

体积比锂电系统小50%以上-----至少从这个表中的Energy density 行的数据中完全看不出来

全生命周期成本低50% 以上----同样的,从这个表中看不出来

这个新闻报道的问题在于:极端不严谨,没有用真实的数据和严谨的计算来论述其观点,这也是很多新闻记者的科技文稿的通病所在,最近的南阳水氢汽车事件就是一个新鲜的例子。

3. 钠镍电池适合什么用途?

说到这,可能有些人会认为我又在黑这款电池技术,难道该技术就一无是处了吗?

答案当然是否———它很有用,适合用在固定式储能领域。

主要原因还是该技术的循环寿命长,安全性好,融盐电池天生适合中等以上规模的储能场景,相比锂电更适合这个领域。因此在一些客观的文章中也都写到了:这类电池会替代一些铅酸电池,用于通信基站维护等场景。

然而如果说该技术要去挑战锂电的最主流应用场景——动力电池,就大错特错了——该技术单体能量密度只有135Wh/kg,必须在高温下运行(而且维持温度导致了能量转换效率低),光这两条就足够排除其在动力电池中应用的可能了。但是话说回来,动力电池和储能都是很有意义的领域,都需要好的技术,钠镍电池当然很好,但是需要在合适的领域中发挥,而不是乱入动力电池领域,去与锂离子电池硬做比较与竞争。储能广阔天地,大有可为嘛。

声明:本文为业余时间创作,不代表任何组织观点

参考文献:

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

关键字:钠镍电池

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