新型電池的工作溫度為230華氏度,研究人員稱這將開啟“一系列成本節(jié)約”,從原料價(jià)格更便宜到絕緣材料用量減少不等。
美國(guó)能源部桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)的研究人員設(shè)計(jì)了一款用于電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能的新型熔融鈉電池。
熔融鈉電池儲(chǔ)存可再生能源。但是,商用的鈉硫電池通常在520-660華氏度下工作,而桑迪亞的新型熔融碘化鈉電池的工作溫度為230華氏度。
研究人員稱,電池工作溫度降低會(huì)帶來(lái)“一系列成本節(jié)約”,例如可以使用價(jià)格更實(shí)惠的原料、減少電池絕緣材料用量并使用較薄的電線來(lái)連接電池。
但是,在550度下工作的電池化學(xué)物質(zhì)在230度下不起作用。為了實(shí)現(xiàn)工作溫度的降低,其中一項(xiàng)研發(fā)創(chuàng)新成果就是一種陰極電解液,即兩種鹽的液體混合物,此處指碘化鈉和氯化鎵。
工作原理
通常用作汽車點(diǎn)火電池的堿性鉛酸蓄電池由鉛板和二氧化鉛板組成,兩板之間是硫酸電解液。當(dāng)電池釋放能量時(shí),鉛板與硫酸發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生硫酸鉛和電子。這些電子啟動(dòng)汽車并回到電池的另一端,在這里二氧化鉛極板利用這些電子和硫酸生成硫酸鉛和水。
新型熔融鈉電池使用液態(tài)金屬鈉代替鉛板,并用碘化鈉和少量氯化鎵的液態(tài)混合物取代二氧化鉛板。
當(dāng)新型電池釋放能量時(shí),鈉金屬產(chǎn)生鈉離子和電子。另一方面,電子將碘變?yōu)榈怆x子。鈉離子通過分離器移動(dòng)到另一側(cè),并在那里與碘離子反應(yīng)生成熔融碘化鈉鹽。
新型電池的中間則采用一種特殊的陶瓷分離器來(lái)取代硫酸電解液。這種分離器只允許鈉離子通過。
據(jù)研究人員透露,與鋰離子電池不同,新型電池的兩側(cè)都是液體,由此消除了材料經(jīng)歷復(fù)雜相變或分解的問題,也意味著液體電池的壽命不會(huì)像其他電池那樣有限。
能量密度
研究人員還表示,在3.6伏的電壓下,這款新型碘化鈉電池的工作電壓比商用熔融鈉電池高出40%。這會(huì)導(dǎo)致能量密度更高,從而意味著未來(lái)使用這種化學(xué)物質(zhì)制成的電池可能只需更少的電池、電池之間的連接更少且儲(chǔ)存相同電量的總體單位成本更低。
Small表示,碘化鈉電池項(xiàng)目的下一步是繼續(xù)調(diào)整和完善陰極電解液化學(xué)物質(zhì),以取代氯化鎵成分。氯化鎵價(jià)格很貴,相當(dāng)于精制食鹽的100倍不止。
研究團(tuán)隊(duì)還在進(jìn)行工程調(diào)整,以使電池能夠更快、更充分地充放電。先前確定的一種加速電池充電的改進(jìn)方法是在陶瓷分離器的熔融鈉側(cè)涂上一層薄薄的錫。
研究人員表示,碘化鈉電池可能需要5到10年的時(shí)間才能上市,且接下來(lái)主要面臨商業(yè)化而不是技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。
這款新型鈉電池的開發(fā)已得到美國(guó)能源部電力儲(chǔ)能項(xiàng)目辦公室的支持。
原標(biāo)題:桑迪亞研究人員開發(fā)新型電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能電池