Статья издала сегодня по своей природе Коммуникации, описывает электрод, сделанный из жидкого металлического сплава, который позволяет батареям беты натрия работать при значительно более низких температурах. Новый электрод позволяет батареям беты натрия прослужить дольше, помогает оптимизировать их производственный процесс и снижает риск случайного огня.«Управление при более низких температурах может иметь большое значение для батарей беты натрия и может позволить батареям сохранить больше возобновляемой энергии и усилить энергосистему», сказал материаловед Сяочуань Лу из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории Министерства энергетики.Потребность в аккумулировании энергии, но проблемы остается
Больше чем 300 мегаватт больших, груз батареи беты натрия контейнерного размера работают в Соединенных Штатах, Японии и Европе, по словам Дюпона Энерджи консалтинг. Они часто хранят электричество, произведенное рядами солнечных батарей и ветряных двигателей.Но их более широкое использование было ограничено из-за их высокой рабочей температуры, которая достигает до 350 градусов Цельсия, или больше чем три раза температура кипения воды. Такие высокие рабочие температуры требуют, чтобы батареи беты натрия использовали более дорогие материалы, и сокращают свою операционную продолжительность жизни.
Исследователи PNNL намереваются уменьшать рабочую температуру батареи, зная, что это могло сделать батарею более эффективной и продлиться дольше.Традиционный дизайн батарей беты натрия состоит из двух электродов, отделенных твердой мембраной, сделанной из керамического материального бета глинозема.
Есть два главных типа батарей беты натрия, на основе материалов, используемых для положительного электрода: тех, которые используют серу, называют батареями серы натрия, в то время как те, которые используют хлорид никеля, известны как батареи ЗЕБРЫ. Электричество произведено, когда электроны текут между электродами батареи.Понижение рабочей температуры батареи создает несколько других технических проблем. Ключ среди них заставляет отрицательный электрод натрия полностью покрывать, или «влажный» керамический электролит.
Литой натрий сопротивляется закрывающей бета поверхности глинозема, когда это ниже 400 градусов Цельсия, заставляя натрий свернуться как капля нефти в воде, делая батарею менее эффективной. В течение многих десятилетий исследователи пытались преодолеть это, применяя различные покрытия к мембране.
Новый электрод предлагает различное взятиеЛютеций и его коллеги PNNL проявили совершенно другой подход к wettability проблеме: изменение отрицательного электрода. Вместо того, чтобы использовать чистый натрий, они экспериментировали со сплавами натрия или натрием, смешанным с другими металлами. Команда решила, что жидкий сплав цезия натрия распространяется хорошо на бета мембране глинозема.
Новый материал электрода PNNL позволяет батарее работать при более низких температурах. Вместо 350 градусов Цельсия, на уровне которых работают традиционные батареи беты натрия, испытательная батарея с новым электродом работала хорошо в 150 градусах – с мощностью 420 миллиампер-часов за грамм, соответствуя способности традиционного дизайна.Батареи с новым электродом сплава также сохраняют больше своей оригинальной способности аккумулирования энергии.
После 100 обвинений и циклов выброса, испытательная батарея с электродом PNNL поддержала приблизительно 97 процентов своей начальной вместимости, в то время как батарея с традиционным, электродом только для натрия поддержала 70 процентов после 60 циклов.Батарея с более низкой рабочей температурой может также использовать менее дорогие материалы, такие как полимеры – который таял бы на уровне 350 градусов Цельсия – для ее внешнего кожуха вместо стали. Используя менее дорогие и чувствительные материалы также помог бы оптимизировать производственный процесс батареи.
Это возмещает часть увеличенной стоимости, связанной с использованием цезия, который является более дорогим, чем натрий.Исследовательская группа PNNL теперь строит более крупный электрод, чтобы проверить с более крупной батареей, чтобы приблизить технологию к масштабу, должен был сохранить возобновляемую энергию.
Это исследование было поддержано Управлением по электроснабжению и безопасности энергетики САМКИ и внутренним финансированием PNNL.