住友電氣工業(yè)與京都大學能源科學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）連接到該所內的電力系統(tǒng)上進行實證試驗。

 

　　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。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，在正負極的活性物質中采用了資源豐富的鈉，而且負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。住友電工全面進行量產的話，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材料技術研究部電氣化學小組組長稻澤信二）。

 

    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，因此要想使電池進行工作，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的范圍內進行充放電，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。

 

　　據(jù)住友電工介紹，此次開發(fā)的熔融鹽為無機電解液，不會起火，而且正極材料不會放出氧，因此不會產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晶構造就會發(fā)生變化，但由于采用鉻（Cr）和氧緊密結合的鉻氧化物，因此不會產生氧。持續(xù)保持過充電狀態(tài)時，熔融鹽會發(fā)生分解，并通過聚合反應形成聚合物狀，完全失去作為電池的功能。

 

　　現(xiàn)已確認，即使發(fā)生火災導致溫度上升，熔融鹽也只會產生不易燃的氣體。因此，在實際的電池單元中，只需設置排氣閥即可。

 

　　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。