multipower钠硫电池是使用Na-β-氧化铝(Al 2 O 3) 作为电解液和隔膜,分别使用钠金属和多硫化钠作为负极和正极。multipower钠硫电池通常由正极、负极、电解液、隔膜和外壳组成。一般传统的二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固态电极和液态电解质组成,而multipower钠硫电池则相反,由熔融的液态电极和固态不锈钢壳电解质组成,它们构成了它们的负极。活性物质为熔融金属钠,正极活性物质为硫和多硫极化钠熔盐。由于硫是绝缘体,硫通常填充在导电多孔碳或石墨毡中。2 O 3,外壳一般采用不锈钢等金属材料。基本结构图如图1所示,充放电原理图如图2所示。
含有熔融钠的阳极腔与含有熔融硫的阴极用 B-氧化铝或 β”-氧化铝电解质管隔开。电解质管可以传导钠离子,也是电子绝缘体。A-Al 2 O 3用于阳极和阴极之间的电绝缘体密封。multipower电池的外壳由不锈钢制成。阴极集流体由纤维石墨垫和阴极浸渍的碳组成,阴极腔内部采用电镀铬等耐腐蚀材料保护。电池有一个插入电解液管的保护管,该管由不锈钢支撑,从钠储罐延伸到电解液管的底部。它与钠计量装置相结合,在电解质管破裂时控制钠和硫之间的放热反应速率,并在发生故障时限制温度。偏移,限值比额定工作温度高约 100°C。在高温下,
工作时,负极中的钠在放电时失去电子,变成Na +离子。因为含钠的β”-Al 2 O 3陶瓷是钠离子导体,钠离子可以通过陶瓷管扩散到正极,与碗发生反应。这时,连接它。负载会产生电流。
multipower钠硫电池中两极的液相变化和化学反应如下:
放电开始时,正极活性物质处于两个液相区(金属钠和多硫化钠均为液态),此时发生以下反应:
负极:2Na→2 Na + +2e –
正极:2 Na + +5S+ 2e – →Na 2 S 5 (L)
电池反应:2Na+5S =Na 2 S 5 (L)
电动势为:
E r1 =E φ r1 +(RT/nF)ln(a² Na a 5 S /a Na2S5 )
此时一相为含少量硫的Na 2 S 5,另一相为含少量硫的S的 Na 2 S 5,因此Na, a S , a Na2S5均视为1,则Er =E Φ r =2.08V,几乎为常数。
放电中途,多硫化钠中的硫耗尽后,电极反应为
负极:2Na→2 Na + +2e -
正极:2 Na + + 4 Na 2 S 5 + 2e - →5 Na 2 S 4 (L)
电池反应:2Na+4Na 2 S 5 =5Na 2 S 4 (L)
电动势为:
E r2 =E φ r2 +(RT/nF)ln(a² Na a 4 Na2S5 /a 5 Na2S4 )
由于Na 2 S 5和Na 2 S 4都在熔融液体L中,它们的浓度发生变化,因此Na 2 S 5和Na 2 S 4也发生变化。
放电后期,多硫化钠熔体中的Na 2 S 5
耗尽后,电极反应为负极:2Na→2 Na + +2e -
正极:2 Na + + Na 2 S 4 +2e – →2 Na 2 S 2 (L)
电池反应:2Na + Na 2 S 4 =2 Na 2 S 2 (L)
电动势为:
E r3 =E φ r3 +(RT/nF)ln(a² Na a Na2S4 /a²硫酸钠)
同样,Na 2 S 2和Na 2 S 4都在熔体L中,Na 2 S 4逐渐减少,Na 2 S 2逐渐增加,其电动势呈下降趋势。
可以看出,放电时负极中的钠逐渐被消耗,正极中形成多硫化物,体积和质量均增加。当放电超过一点时,进入两相平衡区,生成固体Na 2 S 2,将隔膜(β”-Al 2 O 3)堵塞,此时放电终止。