新聞事件:
- 住友電氣工業(yè)與萩原研究室共同開發(fā)出新型鈉(Na)離子充電電池
事件影響:
- 與鋰離子充電電池相比可以減低成本
- 面向電動汽車和定置用蓄電系統(tǒng)的充電電池市場逐漸擴(kuò)大
住友電氣工業(yè)與京都大學(xué)能源科學(xué)研究科的萩原研究室,共同開發(fā)出了可在低于100℃的中低溫下工作的鈉(Na)離子充電電池。目前已在住友電工的大阪制作所,將4臺9kWh的電池模塊(36kWh)連接到該所內(nèi)的電力系統(tǒng)上進(jìn)行實證試驗。
住友電工本來一直在從事蓄電用大型釩系氧化還原液流電池(Redox Flow Battery)、鎳氫充電電池用多孔集電體以及鋰離子充電電池極耳(Tab Lead)等電池部件業(yè)務(wù)。其中,面向電動汽車和定置用蓄電系統(tǒng)的充電電池市場逐漸擴(kuò)大,作為在鋰(Li)等資源方面可能會受到制約的鋰離子充電電池的替代品,住友電工開發(fā)出了鈉離子充電電池。
此次開發(fā)的鈉離子充電電池,在正負(fù)極的活性物質(zhì)中采用了資源豐富的鈉,而且負(fù)極的集電體可以采用Al箔而非Cu箔,與鋰離子充電電池相比可以減低成本。住友電工全面進(jìn)行量產(chǎn)的話,那么“將有可能實現(xiàn)每1kWh約2萬日元的成本”(住友電工電子材料研究所金屬無機(jī)材料技術(shù)研究部電氣化學(xué)小組組長稻澤信二)。
以前需要在300℃的溫度下工作
采用鈉的充電電池目前有日本礙子(NGK)已實現(xiàn)商用化的NAS(硫磺鈉)電池和瑞士MES-DEA公司的鈉鎳氯化物充電電池。不過,這些電池組合使用了熔融狀態(tài)的鈉以及陶瓷固體電解質(zhì),因此要想使電池進(jìn)行工作,就需要將溫度提高至300℃。
而此次開發(fā)的電池,其特點是只用混有雙(氟磺酰)亞胺鈉(NaFSA)和雙(氟磺酰)亞胺鉀(KFSA)的熔融鹽來構(gòu)成電解液。電解液的熔點只有57℃,因此電池能在57~190℃的溫度范圍內(nèi)工作。住友電工的稻澤表示,實際此次是在“70~80℃的溫度下工作的”。
正極材料采用的是亞鉻酸鈉(NaCrO2),負(fù)極材料采用的是鈉合金。試制單元的容量為250Wh,能量密度為167Wh/kg(290Wh/L)。電池單元可在3.5~2.5V的范圍內(nèi)進(jìn)行充放電,放電電壓平均為3.0V。與鋰離子充電電池相比,雖然平均電壓下降,但循環(huán)特性與鋰離子充電電池基本相同。
具有出色的熱穩(wěn)定性
據(jù)住友電工介紹,此次開發(fā)的熔融鹽為無機(jī)電解液,不會起火,而且正極材料不會放出氧,因此不會產(chǎn)生鋰離子充電電池中存在的、因過充電和電池溫度升高而引起的熱失控問題。
實際的過充電試驗中,如果電壓上升,正極材料亞鉻酸鈉的結(jié)晶構(gòu)造就會發(fā)生變化,但由于采用鉻(Cr)和氧緊密結(jié)合的鉻氧化物,因此不會產(chǎn)生氧。持續(xù)保持過充電狀態(tài)時,熔融鹽會發(fā)生分解,并通過聚合反應(yīng)形成聚合物狀,完全失去作為電池的功能。
現(xiàn)已確認(rèn),即使發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致溫度上升,熔融鹽也只會產(chǎn)生不易燃的氣體。因此,在實際的電池單元中,只需設(shè)置排氣閥即可。
據(jù)住友電工介紹,由于具有上述出色的熱穩(wěn)定性,因此在構(gòu)成電池模塊時,無需散熱空間以及防火防爆裝置,能夠以高密度配置電池單元。據(jù)住友電工估算,如果是相同容量的電池模塊,其容積只有鋰離子充電電池的1/2左右、NAS電池的1/4左右。
住友電工正在考慮對容量為數(shù)十MWh以上的大型電池采用氧化還原液流電池,隨數(shù)MWh以下用途采用鈉離子充電電池,將兩者區(qū)別對待。將爭取使鈉離子充電電池用于中等規(guī)模的電網(wǎng)及普通住宅的電力儲存以及頻繁行駛的卡車及巴士等商用車上。在今后的研發(fā)中,住友電工計劃繼續(xù)開發(fā)能在比57℃更低的溫度下工作的鈉離子充電電池熔融鹽。