獨家擁有西澳大利亞麥克林 （Meckering）近地表高嶺土礦床的奧特克化學(xué)（Altech Chemicals），通過在馬來西亞柔佛州建設(shè)和運營 4,500 噸/年高純氧化鋁，成為了99.99% (4N) 高純氧化鋁 (Al2O3) 的供應(yīng)商。氧化鋁材料是電池電極上很好的包覆摻雜材料。

近日， 奧特克化學(xué)公司和德國的弗勞恩霍夫協(xié)會下的陶瓷技術(shù)與系統(tǒng)研究所（Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS，以下簡稱陶系所）簽署合資股東協(xié)議，準(zhǔn)備將陶系所先進的氧化鋁固態(tài) (Sodium Alumina Solid State，SAS) 電池商業(yè)化。

在德國，有兩個研究組織世界著名，一個是以研究基礎(chǔ)科學(xué)為主的馬克斯·普朗克研究所（Max Planck Society），另一個就是以專注于應(yīng)用科學(xué)的弗勞恩霍夫協(xié)會。弗勞恩霍夫協(xié)會成立于1949年。也就是說，在第二次世界大戰(zhàn)被英國，美國和前蘇聯(lián)徹底擊垮的德國，在任何時候都沒有忘記科研和教育的重要性，在戰(zhàn)后迅速建立這樣的科研機構(gòu)。目前，弗勞恩霍夫協(xié)會擁有 76 個研究所和研究單位，員工超過 30,000 名。陶系所是其中之一，也是歐洲最大的陶瓷研究機構(gòu)。

氧化鋁固態(tài)電池針對的應(yīng)用場景是電網(wǎng)儲能市場 。電網(wǎng)儲能（也稱為大規(guī)模儲能）是用于在電網(wǎng)內(nèi)大規(guī)模儲能的方法集合。我們知道，間歇性電源，如風(fēng)能、潮汐能和太陽能等可再生電力，可以通過電池在生產(chǎn)高峰期存儲能量，并在需求高峰期釋放能量。

據(jù)世界知名咨詢公司弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan）預(yù)計：全球電網(wǎng)儲能市場將從 2022 年的 44 億美元增長到 2027 年的 151 億美元。把時間點拉長一些，增長將從 2020 年的 20 吉瓦增長到 2050 年的 3,000 吉瓦以上。這種電池的推出，正是奧特克化學(xué)公司和陶系所看準(zhǔn)了儲能市場，而推出的氧化鋁固態(tài)電池也被稱為“游戲改變者”。

“康橋電池能源CamCellLab”公眾號 對這種先進電池進行了深入調(diào)查。 這種電池有一個陶瓷管和位于中間的正極端子，如圖1所示

圖1：氧化鋁固態(tài)電池

固體陶瓷管是固態(tài)電解質(zhì) ，與鋰離子電池中的液體電解質(zhì)具有相同的功能，允許鈉離子傳輸。陶瓷管填充有由普通食鹽和鎳組成的陰極顆粒。為了確保固體陰極顆粒和陶瓷電解質(zhì)管之間的接觸，管中充滿了氯化鋁鈉介質(zhì)。陶瓷管裝在充當(dāng)負極端子的鋼罐中，見圖 4。正極和負極端子在電池頂部，用于電子傳輸和連接到其他電池。每個電池的工作電壓為 2.58V，一組 40 個電池安裝在耐火絕緣模塊外殼中。每個模塊的額定功率為 10KWh 和 100 Ah。

圖2：氧化鋁固態(tài)電池剖面圖

當(dāng)電池充電時，電子從正極流向負極。鹽中的鈉離子（氯化鈉）通過固體陶瓷電極向負極罐端子遷移。剩余的氯離子附著在鎳上，在陰極介質(zhì)中形成氯化鎳。鈉在陶瓷管外部形成熔融陽極層，與鋼罐接觸（見圖 5），電池充滿電。在放電過程中，電子回流，熔融鈉被氧化成Na+離子，并通過固態(tài)陶瓷管傳回形成氯化鈉。氯化鎳被還原成金屬鎳。電池的電化學(xué)反應(yīng)如下：

陶系所已開發(fā)出固態(tài)技術(shù)來生產(chǎn)這些大型實心陶瓷管 ，這些陶瓷管具有允許快速鈉離子轉(zhuǎn)移的微結(jié)構(gòu)。氧化鋁固態(tài)電池的能量密度在110-130 Wh/kg，與當(dāng)前的用于電網(wǎng)儲能的磷酸鐵鋰電池不相上下。非常適合電網(wǎng)儲能市場。

圖3：充電時，氧化鋁固態(tài)電池內(nèi)部變化。

氧化鋁固態(tài)電池 相對于現(xiàn)在的商用鋰離子電池的優(yōu)點體現(xiàn)在：

• 防火

• 寬溫性能好，在-20-60℃都可以工作

• 不使用鈷，鋰等貴重金屬

“康橋電池能源CamCellLab”公眾號 了解到，陶系所對氧化鋁固態(tài)電池的研究已經(jīng)超過8年，在儲能裝置上已經(jīng)成功的進行了測試，并且，已經(jīng)在德國成功的運營了試驗工廠。新建的工廠將可以每年制造100MWh的氧化鋁固態(tài)電池。每個電池組額定容量為 10 KWh。成本預(yù)計在 7,000-9,000 歐元之間，也就是每千瓦時4900-6300元人民幣之間。

“康橋電池能源CamCellLab”公眾號認為 ：這次在全固態(tài)電池上，鈉金屬對鋰金屬的快速超車，意味著電池世界已經(jīng)開啟了鈉金屬的序幕，也許，鈉離子電池也會為我們帶來更多的驚喜。

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