【摘 要】
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储能技术对未来能源系统的发展和运行起着革命性变化的作用。太阳能、风能这些可再生能源,它们普遍都具有间歇性供应的问题,在众多储能技术中,电化学储能灵活、高效引人注目。液态金属电池作为一种新型无膜的电化学储能技术,具有效率高、成本低、长寿命的优势,在大规模储能系统中应用前景广阔。论文研究Mo、W和不锈钢负极集流器对Na-Zn液态金属电池的性能的影响,分析了充放电电流密度、电解质成分、电池温度对充放电过
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储能技术对未来能源系统的发展和运行起着革命性变化的作用。太阳能、风能这些可再生能源,它们普遍都具有间歇性供应的问题,在众多储能技术中,电化学储能灵活、高效引人注目。液态金属电池作为一种新型无膜的电化学储能技术,具有效率高、成本低、长寿命的优势,在大规模储能系统中应用前景广阔。论文研究Mo、W和不锈钢负极集流器对Na-Zn液态金属电池的性能的影响,分析了充放电电流密度、电解质成分、电池温度对充放电过程以及电极行为的影响规律。研究结果归纳如下:（1）以NaCl-CaCl2为电解质、钼为负极集流器,当充电电流密度为20 mA/cm2,放电电流密度为10 mA/cm2时,放电平台电压最高,范围约为1.5 V-1.65 V,能源效率达到54%;当充放电电流密度为100 mA/cm2时,库伦效率最高,达到96%;当放电电流密度为200 mA/cm2时,Na-Zn液态金属电池放电电压急速下降,无放电电压平台。（2）以NaCl-CaCl2为电解质、钨为负极集流器,当放电电流密度为40 mA/cm2时,放电平台电压最高达到1.3 V;当放电电流密度为100 mA/cm2时,库伦效率最高,达到80%,能源效率达到30%。（3）以NaCl-CaCl2为电解质、不锈钢为负极集流器,当放电电流密度为40 mA/cm2时,放电平台电压范围约为0.5 V-0.75 V,库伦效率达到40%,能源效率达到30%;当放电电流密度为100mA/cm2时,放电平台电压范围约为0.5 V-0.8 V,库伦效率达到80%,能源效率达到20%。（4）以NaCl-CaCl2-BaCl2为电解质、钼为负极集流器时,库伦效率有所提高,达到86%。以不锈钢为负极集流器时,放电平台电压为0.4 V-0.8 V,库伦效率达到55%。（5）Na-Zn液态金属电池工作时阴极有钠金属还原和锌、钙与钠的竞争沉积,形成了钼锌或者钙锌合金,金属锌由于密度大会回落到电池底部,钙由于溶解度部分溶解在熔盐电解质中;锌离子在电极附近的扩散系数是2×10-6 cm2/s。（6）当负极集流器材料为钼丝,Na-Zn液态金属电池分别在543℃、560℃和582℃的温度下运行,当放电电流密度为40 mA/cm2时,放电平台电压范围分别为1.25 V-1.5 V、1.3 V-1.5 V和1.5 V-1.6 V,库伦效率分别为65%、55%和55%;当放电电流密度为100 mA/cm2时,放电平台电压分别为0.9 V、0.8 V和1.0 V,库伦效率分别为70%、80%和 60%。
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