3.2.2.5鈉β電池。

 

鈉是一種很有吸引力的電池陽(yáng)極材料。鈉β電池使用固體電解質(zhì)，特別是使用β氧化鋁（β-Al2O3）作為電解質(zhì)，在高溫下具有良好的Na+導(dǎo)電性和電絕緣性[83]。β鈉電池按正極材料分為鈉硫（鈉硫）電池和金屬鹵化鈉（14、30、45、83）電池。NA-S是福特公司在20世紀(jì)60年代為電動(dòng)汽車應(yīng)用而專門開發(fā)的[84]。后來(lái)，這些電池開始廣泛用于大規(guī)模的電力儲(chǔ)存，以支持公用事業(yè)和電網(wǎng)[63，84，85]。電池具有高溫特性，工作溫度范圍為300-350（[14,84,59,83]。此外，它具有足夠的能量和功率密度，150-240Wh/kg和150-230W/kg[45,53]，4500個(gè)循環(huán)壽命周期[30,33,53,85]，高能效80-90%[45,53,63,86]，價(jià)格便宜，安全可靠。然而，電池有很高的內(nèi)阻[45]，鈉腐蝕性很強(qiáng)，需要加熱到300攝氏度左右才能保持電極的熔化狀態(tài)才能正常工作[59,63]。鈉硫電池采用熔融固體鈉為陽(yáng)極，熔融硫磺為陰極，固態(tài)β-氧化鋁陶瓷電解質(zhì)[33,84]。

 

鈉硫電池：（a）在放電和充電過(guò)程中，（b）鈉硫電池的管狀設(shè)計(jì)，（c）鈉硫電池的原型[30，33，53，83]。

 

Na-S電池在放電和充電期間的化學(xué)性質(zhì)如圖所示[30,33,53,83]。在放電過(guò)程中，Na在Naβ界面氧化，產(chǎn)生正Na+離子，通過(guò)β-氧化鋁電解質(zhì)并與硫結(jié)合形成硫化鈉（Na2Sx）。電子通過(guò)外部電路產(chǎn)生所需的輸出電壓。當(dāng)電池充電時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程逆轉(zhuǎn)[33,45,53,83,84]。

 

20世紀(jì)90年代以來(lái)，金屬鹵化鈉電池技術(shù)在電動(dòng)汽車上得到了應(yīng)用，其電池電壓高于鈉硫電池[30]。這種類型的電池稱為零排放電池（zebra）[3,87]。金屬氯化鈉（mecl2）電池在250-350℃【14,30】溫度范圍內(nèi)的運(yùn)行。與Na-S電池相比，Zebra電池具有更高的能量密度、更少的腐蝕性、本質(zhì)安全性以及比Na-S電池更好的過(guò)充和過(guò)放電電阻，因?yàn)槠浒牍虘B(tài)陰極[45,84]、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更低的電池成本[3,14]。然而，斑馬電池的比功率相對(duì)較低，為150w/kg，需要熱管理[14]和更嚴(yán)重的自放電[3,88,89]。na-nicl2、na-fecl2和na-ni-fecl2斑馬電池可用于儲(chǔ)能應(yīng)用[87-89]。

 

這兩種鈉β電池之間的主要區(qū)別是額外使用氯化鋁鈉（NaAlCl4）作為第二種電解質(zhì)[45]。ZEBRA電池的活性材料以熔融鈉為陽(yáng)極，固體β氧化鋁陶瓷為主電解質(zhì)，熔融氯化鋁鈉（NaAlCl 4）為輔助電解質(zhì)，多孔金屬氯化物（MECL2）為陰極（14）。金屬氯化物可以是氯化鎳（NiCl2）、氯化鐵（FeCl2）或氯化鎳鐵（NiFeCl2）的組合。在na-s電池中的整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)如下：（7）。

 

 

 

 

顯示了斑馬電池原型設(shè)計(jì)的視圖，其中標(biāo)記有所有組件[45、83、87]。充放電過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)與鈉硫電池相似。放電時(shí)，熔融的Na和NiCl2轉(zhuǎn)化為鎳和NaCl，充電時(shí)，過(guò)程逆轉(zhuǎn)[83]，如方程式（7）。如果電池過(guò)充電，主電解質(zhì)可以分解，熔融輔助電解液NaAlCl 4與倪結(jié)合形成NICL、熔融Na和AlCl 3，如方程式（8）所示，而不是以Na~+、Cl 2和AlCl 3〔14, 45, 87〕的形式分解NaAlCl 4。

 

 

 

NaNiCl2電池特別適用于大中型動(dòng)力蓄電池和電動(dòng)汽車。先進(jìn)的斑馬電池在長(zhǎng)期使用中取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步[89]。