maailmanlaajuiset energiayhtiöt, kuten Tesla ja Sonnen, ottavat otsikoita asentaessaan valtavia, sähköverkkoon perustuvia litiumioniakkuja esimerkiksi Australiassa, Puerto Ricossa ja Yhdysvalloissa. Näin ollen olisi helppo olettaa, että litiumioni on ainoa vaihtoehto sähkölaitosten akkutukeen. Litiumioniakkujen osuus sähkökemiallisesta verkkovarastosta on 59 prosenttia, mutta muitakin akkuteknologioita on olemassa. Yksi näistä on natriumrikki (NaS).
NaS-akut kuuluvat luokkaan nimeltä korkean lämpötilan akut. Niitä kutsutaan tällä, koska korkeampia lämpötiloja tarvitaan pitämään anodi ja katodi materiaalit sulassa tilassa, jotta akku toimisi. Toiminnassa tapahtuvassa kemiallisessa reaktiossa syntyy riittävästi lämpöä sulan tilan ylläpitämiseksi. Ulkoisen lämmityksen on tapahduttava vain käynnistyksen aikana tai akun ollessa tyhjäkäynnillä.
sulan natriumin käyttöä anodina (negatiivinen elektrodi) ja sulan rikin käyttöä katodina (positiivinen elektrodi) kehitti ensimmäisenä Ford Motor Company 1960-luvulla. Käyttölämpötila 300-350°C—tarvitaan pitämään natriumin ja rikin sulassa tilassa-yhdessä erittäin reaktiivisen natriummetallin vaarojen kanssa aiheutti vaaroja nas-akun käytölle sähköajoneuvoissa (EVs) maanteillä. Lopulta Ford luopui EVs: n ideasta.
NGK on kehittänyt merkittävän grid-mittakaavan natriumrikkiakkukapasiteetin (nas) ympäri maailmaa. (Kuvan lähde: NGK)
Japanilainen Keramiikkaspesialisti NGK Insulators aloitti yhteistyön nas-konseptin kanssa vuonna 1989. NGK lisäsi sulien materiaalien väliin ohuen Beta-alumiinioksidin keraamisen elektrolyytin kalvon. Purkauksen aikana keraaminen kalvo päästää läpi vain positiivisesti varautuneita natriumioneja negatiivisesta sulasta natriumista positiiviseen sulaan rikkiin. Latauksen aikana prosessi kääntyy päinvastaiseksi. Yhteistyössä Tokyo Electric Power Companyn (TEPCO) kanssa NGK aloitti vuonna 2002 tuotannon kaupallisella nas-paikallaan olevalla akullaan uusiutuvan energian sähköverkkotukea varten.
NGK löysi Japanista uusia sovelluksia NaS-akulleen, kuten kuormituksen tasaamisen tuulipuistoissa ja muissa sähköverkon palveluissa. Tekniikka levisi muuallekin maailmaan. Tähän mennessä NaS-varastoja on yli 300 megawattia 170 maassa. Tämä on noin 3% sähkökemiallisen verkon kokonaisvarastoinnista.
kansainvälisen uusiutuvan energian viraston (IRENA) lokakuussa 2017 julkaiseman Electricity Storage and Renewables-raportin mukaan NaS-akun energiatiheys on 140-300 wattituntia/litra (Wh/L). Tämä on hieman vähemmän kuin nykyisen sukupolven litiumioniakun 500 Wh / L. Mitä NaS tarjoaa on paljon pidempi käyttöikä-yli 5,000 lataus-ja tyhjennysjaksot. Tämä on lähes kaksinkertainen litiumioniakkuun verrattuna. NaS tarjoaa myös hieman alhaisemmat kustannukset (suurelta osin koska se on valmistettu edullisista ja runsaista materiaaleista) verrattuna litiumioniakkuihin.
keraamisen kalvon korvaaminen
yksi korkean lämpötilan akkujen hyväksymistä rajoittavista tekijöistä on ollut keraamisen kalvon hauraus sulan anodi-ja katodikomponenttien välillä. Paperinohut kalvo vaurioituu helposti akun ollessa toiminnassa. Nyt MIT: n tutkimusryhmä on julkaissut Nature-lehdessä artikkelin, jossa kerrotaan metalliverkon käytöstä korkean lämpötilan paristojen keraamisen kalvon korvaamiseksi.
MIT: n työryhmä pyrki korvaamaan hauraan keraamisen kalvon funktion vankemmalla ja joustavammalla, erikoispinnoitetulla metalliverkolla. Kokeiltuaan erilaisia materiaaleja parhaat tulokset saatiin käyttämällä teräsverkkoa, joka oli päällystetty titaaninitridiliuoksella. Tuloksena oli toimiva, edullisempi akku.
joukkue löysi myös jotain odottamatonta. MIT: n lehdistötiedotteesta lainaten: ”kalvo oli suorittanut tehtävänsä—sallien valikoivasti tiettyjen molekyylien kulkea läpi estäen toisia—täysin eri tavalla, käyttäen sähköisiä ominaisuuksiaan sen sijaan, että se olisi lajittelsut (keraamisen) materiaalin huokosten kokoon perustuvaa tyypillistä mekaanista lajittelua.”
”pidän tätä läpimurtona”, mit: n professori Donald Sadoway sanoi MIT: n tiedotteessa. ”Se, että voit rakentaa natrium-rikkityyppisen akun tai natrium / nikkeli-kloridityyppisen akun turvautumatta hauraan, hauraan keramiikan käyttöön-se muuttaa kaiken”, hän sanoi.
litiumioniakut tulevat säilymään henkilökohtaisessa elektroniikassa ja sähköautojen käyttövoimana lähitulevaisuudessa. Korkean lämpötilan paristojen—erityisesti sulan natriumin ja rikin—potentiaali voisi kuitenkin auttaa alentamaan kustannuksia ja parantamaan uusiutuviin energialähteisiin perustuvien energiaverkkojen luotettavuutta.
monenlaisia akkuaiheita käsitellään Battery Show ’ ssa 11.-13. Syyskuuta Novissa, Michiganissa. Tässä on ohjelma listaus osoittaa, milloin kukin esitys tapahtuu.
vanhempi toimittaja Kevin Clemens on kirjoittanut energia -, auto-ja kuljetusaiheista yli 30 vuotta. Koulutukseltaan hän on materiaalitekniikan ja ympäristökasvatuksen maisteri sekä konetekniikan tohtorin tutkinto, erikoisalanaan aerodynamiikka. Hän on tehnyt useita maailman nopeusennätyksiä korjaamollaan rakentamillaan sähkömoottoripyörillä.
täyttääkö litiumin tarjonta Akkutarpeet?
Proton Battery Could Offer litium Ion Alternative
A New Wrinkle in litium Metal Battery Research
Battery Revolutions Are Predicted Weekly, But This One may Be Real
Katodisuunnittelu Buusters Storage Capacity of Magnesium Based Batteries
pii Replants Carbon to Improve Li-ion Batteries
North America ’ s Premier Battery Conference.
liity syvälliseen konferenssiohjelmaamme yli 100 tekniseen keskusteluun uusista akkuteknologioista ja kemikaaleista BMS: ään ja lämmönhallintaan.
Patteriesitys. Syyskuuta. 11-13, 2018, Novi, MI. Ilmoittaudu tapahtumaan, jota isännöi Design Newsin emoyhtiö UBM.