테슬라와 소넨 같은 글로벌 에너지 기업은 호주,푸에르토 리코,미국 같은 곳에서 거대한 전력 그리드 규모의 리튬 이온 배터리를 설치하기위한 헤드 라인을 잡아. 따라서 리튬 이온이 전력 유틸리티의 배터리 지원을위한 유일한 선택이라고 가정하는 것은 쉽습니다. 리튬 이온 배터리는 전기 화학 그리드 저장의 59%를 차지하지만 다른 배터리 기술이 존재합니다. 이 중 하나는 나트륨 황입니다.
고온 배터리라는 범주에 속합니다. 그들은 높은온도가 일하기 위하여 건전지를 위한 녹은 국가에 있는 양극과 음극선 물자를 지킬 것을 요구되기 때문에 이것을 불립니다. 작동 중에 일어나는 화학 반응은 용융 상태를 유지하기에 충분한 열을 생성합니다. 시동 중에 또는 배터리가 유휴 상태 일 때만 외부 가열이 필요합니다.
용융 나트륨을 양극(음극)으로 사용하고 용융 황을 음극(양극)으로 사용하는 것은 1960 년대 포드 자동차 회사에 의해 처음 개발되었습니다. -반응성이 높은 나트륨 금속의 위험성과 함께,도로상의 전기 자동차(전기차)에서 나스 배터리를 사용할 위험이 있습니다. 결국 포드는 전기 자동차에 대한 아이디어를 포기했습니다.
전 세계적으로 상당한 그리드 규모의 나트륨 황 배터리 용량을 개발했습니다. (이미지 출처:)
1989 년,일본에서는 세라믹 전문 절연체를 사용하기 시작했습니다. 용융 재료 사이에 얇은 베타 알루미나 세라믹 전해질 막을 추가했습니다. 출력 도중,세라믹 막은 단지 긍정적으로 위탁된 나트륨 이온이 부정적인 녹은 나트륨에서 긍정적인 녹은 황에,통과하는 것을 허용합니다. 충전 중에 프로세스가 반전됩니다. 2002 년에는 도쿄 전력회사와 공동으로 신재생에너지 전력망 지원을 위한 상용 고정식 배터리로 생산에 들어갔다.
일본에서는 풍력 발전 단지 및 기타 그리드 서비스에서의 부하 평준화를 포함한 추가 응용 프로그램을 발견했다. 이 기술은 세계의 다른 지역으로 확산. 현재까지 170 개국에 300 밀리와트 이상의 저장소가 있습니다. 이는 총 전기 화학 그리드 저장의 약 3%를 나타냅니다.
2017 년 10 월 전기 저장 및 재생 에너지 보고서에 따르면,전지의 에너지 밀도는 리터당 140 와트에서 300 와트 사이이다. 이 전류 세대 리튬 이온 배터리의 500 ㅁ/리터보다 다소 작다. 5,000 회 이상의 충전 및 방전 사이클이 가능합니다. 이것은 리튬 이온 배터리로 가능한 것의 거의 두 배입니다. 또한 리튬 이온 배터리와 비교할 때(저렴하고 풍부한 재료로 만들어지기 때문에)약간 낮은 비용을 제공합니다.
세라믹 멤브레인 교체
고온 배터리의 수용에 대한 제한 요소 중 하나는 용융 된 양극과 음극 구성 요소 사이의 세라믹 멤브레인의 깨지기 쉬운 특성이었습니다. 종이 얇은 막은 건전지가 작업 중일 때 쉽게 손상됩니다. 고온의 배터리에서 세라믹 멤브레인을 대체하기 위해 금속 메쉬를 사용하는 것에 대해 자세히 설명하는 자연 논문을 발표했습니다.
연구팀이 취한 접근 방식은 취성 세라믹 멤브레인의 기능을 더욱 견고하고 유연하며 특수 코팅 된 금속 메쉬로 대체하는 것이 었습니다. 다양한 재료로 실험 한 후 질화 티타늄 용액으로 코팅 된 강철 메쉬를 사용하여 최상의 결과를 얻었습니다. 그것은 실행할 수 있는,더 값이 싼 건전지 귀착되었습니다.
팀도 예상치 못한 것을 발견했습니다. 막은(세라믹)재료의 기공 크기에 따라 일반적인 기계적 분류보다는 전기적 특성을 사용하여 완전히 다른 방식으로 특정 분자가 통과 할 수 있도록 선택적으로 역할을 수행했습니다.”
“나는 이것이 돌파구라고 생각한다”고 말했다. 그는”깨지기 쉽고 부서지기 쉬운 세라믹을 사용하지 않고 나트륨-황 유형의 배터리 또는 나트륨/니켈-염화물 유형의 배터리를 만들 수 있다는 사실은 모든 것을 변화시킨다”고 말했다.
리튬 이온 배터리는 개인 전자 제품과 가까운 미래에 전기 자동차에 전력을 공급하는 최고의 선택이 될 것입니다. 그러나 고온 배터리의 가능성—특히 용융 나트륨 및 황을 사용하는 배터리-는 비용을 줄이고 재생 가능 에너지 원에 의존하는 에너지 그리드의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
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수석 편집자 케빈 클레멘스는 30 년 이상 에너지,자동차 및 운송 주제에 대해 저술 해 왔습니다. 그는 재료 공학 및 환경 교육 석사 학위와 기계 공학 박사 학위를 가지고,공기 역학 전문. 그는 그가 그의 작업장에서 건축한 전기 기관자전차에 몇몇 세계 땅 속도 기록을 놓았다.
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