wereldwijde energiebedrijven als Tesla en Sonnen grijpen koppen voor het installeren van enorme, power-grid-schaal lithium-ion batterijen in plaatsen als Australië, Puerto Rico, en de VS. Het zou dus gemakkelijk zijn om aan te nemen dat lithium-ion de enige keuze is voor batterijondersteuning van energiebedrijven. Terwijl lithium-ion-batterijen goed zijn voor 59% van de elektrochemische opslag van het elektriciteitsnet, bestaan er andere batterijtechnologieën. Een daarvan is natriumzwavel (NaS).
NaS-batterijen vallen in een categorie die hogetemperatuurbatterijen wordt genoemd. Ze worden dit genoemd omdat verhoogde temperaturen nodig zijn om de anode en kathode materialen in een gesmolten toestand te houden zodat de batterij werkt. In bedrijf, de chemische reactie die plaatsvindt creëert genoeg warmte om de gesmolten toestand te handhaven. Het is alleen tijdens het opstarten of wanneer de batterij inactief is dat externe verwarming moet optreden.Het gebruik van gesmolten natrium als anode (negatieve elektrode) en gesmolten zwavel als kathode (positieve elektrode) werd voor het eerst ontwikkeld door Ford Motor Company in de jaren 1960. De bedrijfstemperatuur van 300-350°C-nodig om het natrium en zwavel in gesmolten toestand te houden—samen met de gevaren van zeer reactief natriummetaal, vormde gevaren voor het gebruik van de NAS-batterij in elektrische voertuigen (EVs) op galerijen. Uiteindelijk verliet Ford het idee voor EVs.
NGK heeft wereldwijd een aanzienlijke capaciteit van de natriumzwavelbatterijen (NAS) op grid-schaal ontwikkeld. (Bron afbeelding: NGK)
Keramiekspecialist NGK Isolators, in Japan, begon in 1989 met het NaS-concept. NGK voegde een dun bèta-aluminiumoxide keramisch elektrolyt membraan tussen de gesmolten materialen. Tijdens de ontlading laat het keramische membraan alleen positief geladen natriumionen door, van het negatieve gesmolten natrium naar de positieve gesmolten zwavel. Tijdens het opladen wordt het proces omgekeerd. In samenwerking met de Tokyo Electric Power Company (Tepco) ging NGK in 2002 in productie met zijn commerciële NAS stationaire batterij voor ondersteuning van het elektriciteitsnet voor hernieuwbare energie.
NGK vond extra toepassingen in Japan voor zijn NaS-batterij, waaronder het nivelleren van de belasting op windparken en andere netwerkdiensten. De technologie verspreidde zich naar andere delen van de wereld. Tot op heden is meer dan 300 MW NaS-opslag in 170 landen aanwezig. Dit vertegenwoordigt ongeveer 3% van de totale opslag van het elektrochemische netwerk.
volgens het International Renewable Energy Agency (IRENA) in zijn verslag van oktober 2017 over elektriciteitsopslag en hernieuwbare energie ligt de energiedichtheid van een NaS-batterij tussen 140 en 300 watt-uur/liter (Wh/L). Dit is iets minder dan de 500 Wh/L van een huidige generatie lithium-ion batterij. Wat NaS wel biedt, is een veel langere levensduur – meer dan 5.000 laad-en ontlaadcycli. Dit is bijna het dubbele van wat mogelijk is met een lithium-ion batterij. NaS biedt ook iets lagere kosten (grotendeels omdat ze gemaakt zijn van goedkope en overvloedige materialen) in vergelijking met lithium-ion-batterijen.
vervanging van het keramische membraan
een van de beperkende factoren voor de acceptatie van hogetemperatuurbatterijen was de fragiele aard van het keramische membraan tussen de gesmolten anode en kathodecomponenten. Het papierdunne membraan wordt gemakkelijk beschadigd wanneer de batterij in bedrijf is. Nu heeft een onderzoeksgroep aan het MIT een paper in Nature gepubliceerd waarin het gebruik van een metalen gaas ter vervanging van het keramische membraan in hoge temperatuurbatterijen wordt beschreven.
de aanpak van het MIT-team was om de functie van het brosse keramische membraan te vervangen door een robuuster en flexibeler, speciaal gecoat metalen gaas. Na experimenten met een verscheidenheid aan materialen werden de beste resultaten verkregen met een stalen gaas bekleed met een oplossing van titaniumnitride. Het resulteerde in een werkbare, goedkope batterij.
het team vond ook iets onverwachts. Citeert uit een persbericht van het MIT: “het membraan had zijn rol—selectief toestaan van bepaalde moleculen om door te gaan terwijl het blokkeren van anderen—op een geheel andere manier uitgevoerd, met behulp van zijn elektrische eigenschappen in plaats van de typische mechanische sortering op basis van de grootte van de poriën in het (keramische) materiaal.”
“I consider this a breakthrough,” said MIT Professor Donald Sadoway, in the MIT Press Release. “Het feit dat je een natrium-zwavel type batterij kan bouwen, of een natrium/nikkel-chloride type batterij, zonder toevlucht te nemen tot het gebruik van breekbare, brosse Keramiek—dat verandert alles,” zei hij.
lithiumionbatterijen blijven de beste keuze voor persoonlijke elektronica en voor het aandrijven van elektrische voertuigen in de nabije toekomst. Het potentieel voor hogetemperatuurbatterijen—met name batterijen die gesmolten natrium en zwavel gebruiken—kan echter helpen de kosten te verlagen en de betrouwbaarheid van energienetten die afhankelijk zijn van hernieuwbare energiebronnen te verbeteren.
een breed scala aan batterijonderwerpen zal worden besproken tijdens de Battery Show op 11-13 September in Novi, Michigan. Hier is een programma lijst die aangeeft wanneer elke presentatie zal plaatsvinden. Hoofdredacteur Kevin Clemens schrijft al meer dan 30 jaar over thema ‘ s als energie, automotive en transport. Hij heeft masterdiploma ‘ s in materiaalkunde en Milieu-Educatie en een doctoraat in werktuigbouwkunde, gespecialiseerd in aerodynamica. Hij heeft verschillende wereldsnelheidsrecords neergezet op elektrische motorfietsen die hij in zijn werkplaats bouwde.
voldoet de levering van Lithium aan de vraag naar Batterijen?
Proton Battery Could Offer Lithium Ion Alternative
een nieuwe rimpel in onderzoek naar Lithium-metaalbatterijen
Wekelijks worden Batterijomwentelingen voorspeld, maar dit kan reëel zijn
Kathodeontwerp versterkt de opslagcapaciteit van op Magnesium gebaseerde batterijen
silicium Supplants Carbon to Improve Li-ion Batteries
North America ‘ s Premier Battery Conference.
doe mee aan ons diepgaande conferentieprogramma met meer dan 100 technische discussies over onderwerpen van nieuwe batterijtechnologieën en chemie tot BMS en thermisch beheer.
De Batterijweergave. September. 11-13, 2018, in Novi, MI. Registreer je voor het evenement, gehost door Design News ‘ moederbedrijf UBM.