globale energiselskaber som Tesla og Sonnen tager overskrifter til installation af enorme lithium-ion-batterier i elnettet på steder som Australien, Puerto Rico og USA. Det ville således være let at antage, at lithiumion er det eneste valg til batteristøtte til strømforsyninger. Mens lithium-ion-batterier tegner sig for 59% af elektrokemisk netlagring, findes der andre batteriteknologier. En af disse er natrium svovl (NaS).
NaS-batterier falder ind under en kategori kaldet højtemperaturbatterier. De kaldes dette, fordi der kræves forhøjede temperaturer for at holde anoden og katodematerialerne i smeltet tilstand for at batteriet kan fungere. Under drift skaber den kemiske reaktion, der finder sted, tilstrækkelig varme til at opretholde den smeltede tilstand. Det er kun under opstart, eller når batteriet er i tomgang, at ekstern opvarmning skal forekomme.
anvendelsen af smeltet natrium som en anode (negativ elektrode) og smeltet svovl som en katode (positiv elektrode) blev først udviklet af Ford Motor Company i 1960 ‘ erne. Driftstemperaturen på 300-350 liter C-nødvendig for at holde natrium og svovl i smeltet tilstand—sammen med farerne ved stærkt reaktivt natriummetal udgjorde farer for brugen af NaS-batteriet i elektriske køretøjer (EV ‘ er) på veje. Til sidst opgav Ford ideen til EV ‘ er.
NGK har udviklet betydelig netskala natrium svovl (NaS) batterikapacitet over hele verden. (Billedkilde: NGK)
Keramikspecialisten NGK isolatorer i Japan begyndte at arbejde med NaS-konceptet i 1989. NGK tilføjede en tynd beta-Alumina keramisk elektrolytmembran mellem de smeltede materialer. Under afladning tillader den keramiske membran kun positivt ladede natriumioner at passere igennem, fra det negative smeltede natrium til det positive smeltede svovl. Under opladning vendes processen. I samarbejde med Tokyo Electric Company (TEPCO) gik NGK i produktion med sit kommercielle nas stationære batteri til støtte for vedvarende energinet i 2002.
NGK fandt yderligere applikationer i Japan til sit NaS-batteri, herunder belastningsnivellering på vindmølleparker og andre nettjenester. Teknologien spredte sig til andre dele af verden. Til dato er mere end 300 MVN NaS-opbevaring i 170 lande på plads. 3% af den samlede elektrokemiske netlagring.
ifølge Det Internationale Agentur for vedvarende energi (IRENA) i sin rapport om energilagring og vedvarende energi i Oktober 2017 er energitætheden for et NaS-batteri mellem 140 og 300 vand-timer/liter (HH/L). Dette er noget mindre end 500 HH/L af et nuværende generation lithium ion batteri. Hvad NaS tilbyder, er en meget længere levetid-mere end 5.000 opladnings-og afladningscyklusser. Dette er næsten det dobbelte af, hvad der er muligt med et lithium-ion-batteri. NaS tilbyder også lidt lavere omkostninger (hovedsageligt på grund af at være lavet af billige og rigelige materialer) sammenlignet med lithium-ion-batterier.
udskiftning af den keramiske membran
en af de begrænsende faktorer for accept af batterier med høj temperatur har været den skrøbelige natur af den keramiske membran mellem den smeltede anode og katodekomponenter. Den papirtynde membran beskadiges let, når batteriet er i drift. Nu har en forskningsgruppe ved MIT offentliggjort et papir i Nature, der beskriver brugen af et metalnet til at erstatte den keramiske membran i batterier med høj temperatur.
mit-holdets tilgang var at erstatte funktionen af den sprøde keramiske membran med et mere robust og fleksibelt, specielt belagt metalnet. Efter at have eksperimenteret med en række forskellige materialer blev de bedste resultater opnået ved anvendelse af et stålnet belagt med en opløsning af titannitrid. Det resulterede i et brugbart, billigere batteri.
holdet fandt også noget uventet. Citere fra en Mit—pressemeddelelse, “membranen havde udført sin rolle—selektivt at lade visse molekyler passere igennem, mens de blokerede andre-på en helt anden måde ved hjælp af dens elektriske egenskaber snarere end den typiske mekaniske sortering baseret på størrelsen af porerne i det (keramiske) materiale.”
“jeg betragter dette som et gennembrud,” sagde Mit-Professor Donald Sadovay i mit-pressemeddelelsen. “Det faktum, at du kan bygge en natrium-svovl-type batteri eller en natrium/nikkel—chlorid-type batteri uden at ty til brugen af skrøbelig, sprød keramik-der ændrer alt,” sagde han.
Lithium-ion-batterier forbliver det bedste valg til personlig elektronik og til at drive elektriske køretøjer inden for en overskuelig fremtid. Imidlertid kan potentialet for batterier med høj temperatur—især dem, der bruger smeltet natrium og svovl—hjælpe med at reducere omkostningerne og forbedre pålideligheden af Energinet, der er afhængige af vedvarende energikilder.
en bred vifte af batteriemner vil blive diskuteret på Batteriudstillingen den 11.-13. September i Novi, Michigan. Her er en programliste, der angiver, hvornår hver præsentation finder sted.
seniorredaktør Kevin Clemens har skrevet om energi -, bil-og transportemner i mere end 30 år. Han har en kandidatgrad i materialeteknik og miljøuddannelse og en doktorgrad i Maskinteknik med speciale i aerodynamik. Han har sat flere verdenshastighedsrekorder på elektriske motorcykler, som han byggede i sit værksted.
vil levering af Lithium opfylde batteri krav?
Protonbatteri kunne tilbyde Lithiumionalternativ
en ny rynke i Lithiummetalbatteriforskning
Batteriomdrejninger forudsiges ugentligt, men denne kan være reel
Katodedesign styrker lagerkapaciteten for magnesiumbaserede batterier
silicium erstatter kulstof for at forbedre Li-ion-batterier
Nordamerikas førende batteri konference.
Deltag i vores dybtgående konferenceprogram med over 100 tekniske diskussioner, der dækker emner fra nye batteriteknologier og kemikalier til BMS og termisk styring.
Batteriet Viser. Sept. 11-13, 2018, i Novi, MI. Tilmeld dig arrangementet, hostet af Design nyheder ‘ moderselskab UBM.