鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1120次 | 2020年05月01日
鈉鎳電池要完全替換鋰離子電池?沒(méi)那么夸張
最近,有新聞報(bào)道:某公司投入建設(shè)近兩年的鈉鎳電池項(xiàng)目一期正式投產(chǎn)。該項(xiàng)目投產(chǎn),也標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)鈉鎳電池項(xiàng)目正式量產(chǎn)。據(jù)了解,該項(xiàng)目計(jì)劃總投資6.59億元,規(guī)劃總產(chǎn)量500MWh,一期產(chǎn)量50MWh。”
總體來(lái)說(shuō),大多新聞的報(bào)道比較客觀,這也是我國(guó)在這種儲(chǔ)能技術(shù)上產(chǎn)業(yè)化的重要進(jìn)展,應(yīng)該為安力能源公司感到驕傲。然而并非所有的新聞報(bào)告都能夠足夠的客觀,而這種鈉鎳電池技術(shù)本身偏冷門(mén),加上一些不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱?bào)告,就會(huì)誤導(dǎo)普通人,比如:
壽命是鋰離子電池的2到5倍?體積比鋰電系統(tǒng)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(jù),但是前提不明,數(shù)據(jù)不明,并不是一個(gè)好的介紹。就此機(jī)會(huì),筆者也想簡(jiǎn)單介紹一下這種實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的鈉鎳電池,以及其與鋰電的比較。
1.什么是鈉鎳電池?
鈉鎳電池機(jī)理圖
該類(lèi)電池是上世紀(jì)80年代南非提出的,也叫ZEbrA電池。這種電池本質(zhì)上是一種融鹽電池,其使用熔融鹽作為電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)內(nèi)電路的電荷傳導(dǎo),重要包括NiCl2,FeCl2,ZnCl2以及NaAlCl4等,中間使用β-Al2O3作為隔膜防止內(nèi)短路,正極為NiCl2負(fù)極為熔融態(tài)的Na金屬,運(yùn)行時(shí)的反應(yīng)為
注意:該類(lèi)電池的近親是鈉硫電池(已經(jīng)在國(guó)外尤其是日本有了很多工業(yè)化儲(chǔ)能應(yīng)用的先例),這兩種電池都是融鹽電池,共同特點(diǎn)都是要在一定的溫度下(并非室溫)來(lái)運(yùn)行,300oC左右運(yùn)行非常正常,因?yàn)橹挥袦囟雀叩揭欢ǔ潭?,鹽才能是熔融態(tài)才能實(shí)現(xiàn)鈉離子的導(dǎo)通,而此時(shí)其中的鈉金屬也已經(jīng)是熔融態(tài)了。而相比于它的親戚鈉硫電池,鈉鎳電池有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):金屬鹵化物腐蝕性小,安全性高以及抗過(guò)充放。但是缺點(diǎn)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(yùn)行。
2.VS鋰電,鈉鎳電池的性能如何?
筆者從學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中摘到了有關(guān)鈉鎳電池的性能表,可以看到作為儲(chǔ)能技術(shù)其關(guān)鍵的衡量指標(biāo)都已經(jīng)在這個(gè)表中有了體現(xiàn)。
從這個(gè)表中不難看出,第二列鈉鎳電池在很多指標(biāo)方面與第一列的鈉硫電池相比,都有相近之處,各有所長(zhǎng):能量密度與效率要低一些,但是在壽命方面的指標(biāo)要更穩(wěn)定一些,兩者成本接近,都更適合用于中大規(guī)模儲(chǔ)能。
然而如上所示,有的文章聲稱(chēng)其壽命是鋰離子電池的2-5倍,體積比鋰電系統(tǒng)小50%以上,成本要低50%……很遺憾,這些論述是問(wèn)題最大的,缺乏數(shù)據(jù)的支撐,非常不客觀。
首先我們從相同的文獻(xiàn)中摘到了鋰離子電池的數(shù)據(jù),如下表第四列
其實(shí)有心的讀者仔細(xì)一比就可以看出,鋰離子電池幾乎在所有指標(biāo)上都優(yōu)于鈉鎳電池,只是可能數(shù)值分布范圍有些寬,數(shù)據(jù)小的時(shí)候可能接近,但是大的時(shí)候就遠(yuǎn)超鈉鎳了,這是為何呢?
重要因?yàn)殇囯x子電池技術(shù)路線(xiàn)多(磷酸鐵鋰,三元等),然后在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)候各家的技術(shù)實(shí)力,產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向,質(zhì)量控制都不相同,這就導(dǎo)致了各家的電池性能差別很大,但是總體來(lái)說(shuō),拿出國(guó)內(nèi)龍頭公司的鋰離子電池,是無(wú)論如何也不會(huì)出現(xiàn)以上所述的比較情景的:
鈉鎳電池單體135Wh/kg-----鋰離子動(dòng)力鋰電池最好的可以做到300Wh/kg….
鈉鎳電池壽命是鋰離子電池的2到5倍----抱歉從這個(gè)表里沒(méi)看出來(lái),事實(shí)上很多人對(duì)鋰離子電池壽命的抱怨,重要是因?yàn)楹芏鄰S家的低端產(chǎn)品本身電芯單體壽命不佳,加之一致性差使得在服役過(guò)程中衰減加速,假如用優(yōu)質(zhì)的鋰電產(chǎn)品比,兩者壽命不會(huì)有特別懸殊的差距。
體積比鋰電系統(tǒng)小50%以上-----至少?gòu)倪@個(gè)表中的Energydensity行的數(shù)據(jù)中完全看不出來(lái)。全生命周期成本低50%以上----同樣的,從這個(gè)表中看不出來(lái)。
這個(gè)新聞報(bào)道的問(wèn)題在于:極端不嚴(yán)謹(jǐn),沒(méi)有用真實(shí)的數(shù)據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算來(lái)論述其觀點(diǎn),這也是很多新聞?dòng)浾叩目萍嘉母宓耐ú∷?,最近的南?yáng)水氫汽車(chē)事件就是一個(gè)新鮮的例子。
3.鈉鎳電池適合什么用途?
說(shuō)到這,可能有些人會(huì)認(rèn)為我又在黑這款電池技術(shù),難道該技術(shù)就一無(wú)是處了嗎?
答案當(dāng)然是否―――它很有用,適合用在固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域。
重要原因還是該技術(shù)的循環(huán)壽命長(zhǎng),安全性好,融鹽電池天生適合中等以上規(guī)模的儲(chǔ)能場(chǎng)景,相比鋰電更適合這個(gè)領(lǐng)域。因此在一些客觀的文章中也都寫(xiě)到了:這類(lèi)電池會(huì)替代一些鉛酸電池,用于通信基站維護(hù)等場(chǎng)景。
然而假如說(shuō)該技術(shù)要去挑戰(zhàn)鋰電的最主流應(yīng)用場(chǎng)景――動(dòng)力鋰電池,就大錯(cuò)特錯(cuò)了――該技術(shù)單體能量密度只有135Wh/kg,必須在高溫下運(yùn)行(而且維持溫度導(dǎo)致了能量轉(zhuǎn)換效率低),光這兩條就足夠排除其在動(dòng)力鋰電池中應(yīng)用的可能了。但是話(huà)說(shuō)回來(lái),動(dòng)力鋰電池和儲(chǔ)能都是很有意義的領(lǐng)域,都要好的技術(shù),鈉鎳電池當(dāng)然很好,但是要在合適的領(lǐng)域中發(fā)揮,而不是亂入動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域,去與鋰離子電池硬做比較與競(jìng)爭(zhēng)。儲(chǔ)能廣闊天地,大有可為嘛。