【摘要】 氯化钠镍（NaNiCl2）电池作为一种有前途的大规模储能应用系统已被广泛研究。

钠-金属卤化物电池，也称为ZEBRA电池，因其理论比能量高、能量效率高和循环寿命长等特点，是大规模可再生能源储能最有前途的技术之一。ZEBRA电池模块已在日本、法国和美国进行了广泛的电网存储和补充风能和太阳能测试，并成功用于电动汽车（EV）的原型，以及水面舰艇和潜水器/潜艇的推进，以取代铅酸技术。ZEBRA电池具有许多优点，例如透视成本低、能量密度高和安全性，但对于Na单键S电池而言，其高工作温度可能会带来一些挑战，例如金属颗粒的粗化以及电池室之间材料的相互扩散。

 

固体金属卤化物是ZEBRA电池的活性正极成分，需要熔融的二次电解质四氯铝酸钠（NaAlCl4），以促进Na离子在阴极材料内的运动。特别是，NaAlCl4在工作温度下具有腐蚀性，需要独特的材料和密封技术。最近，太平洋西北国家实验室（PNNL）报告了ZEBRA电池在175°C下的良好性能，方法是应用具有最小欧姆电阻的增强薄β“-氧化铝和氧化钇稳定氧化锆（YSZ）盘，在177-180°C以下也观察到阻抗突然增加。

 

氯化钠镍（NaNiCl2）电池作为一种有前途的大规模储能应用系统已被广泛研究。放电过程中阴极处Ni和NaCl颗粒的生长是降低Na-NiCl2电池性能的最关键因素之一。活性成分的颗粒越大，可用于电化学反应的活性表面越小。

 

因此，Ni 和 NaCl 颗粒的过度生长会因活性面积减少而增加细胞极化。高电流密度、高充电结束时的荷态（SOC）和低Ni/NaCl比是可以诱导Ni颗粒快速生长的主要参数。有鉴于此，人们研究和制造了新型阴极混合物，以同时提高电池性能并开发更便宜、性能更高、可持续和环保的材料。

 

从众所周知的正极材料（Na-NiCl2），通过用铁代替镍（10-90%的替代）制备了不同的混合物。等人[1]通过在30×200 mm（d × h）的硅酸硼玻璃管中组装一个简单的测试单元来进行电化学表征，该玻璃管在高温（T > 500 °C）下对熔融钠具有适当的化学稳定性。设置示意图如图 1 所示。为了评估合成正极材料的性能，在不同的放电电流率下进行了测试。图2显示了 Ni50 样品记录的电压和电流曲线。

 

在每次放电之前，首先使用 10 mA 的恒定电流对电池进行完全充电，直到最大电压为 2.8 V，然后执行恒电位步骤，直到达到 1 mA 的最小电流。正极材料显示出出色的比容量和能量，而Ni含量已降低到比传统Na-NiCl低约50%，有利于它们在排放过程中的完全再转化，从而优化了镍活性物种的利用程度。

 

图1. 用于正极材料电化学表征的电池的图像和示意图[1]

 

图2. Ni50样品在300°C温度下以不同放电速率在充电和放电循环期间记录的电压和电流曲线[1]

 

[1] Frusteri L , Leonardi S G , Samperi M ,et al.Characterization and testing of cathode materials for high temperature sodium nickel-ironchloride battery[J].Journal of Energy Storage, 2022.

 

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