globalne firmy energetyczne, takie jak Tesla i Sonnen, zbierają nagłówki gazet na temat instalowania ogromnych baterii litowo-jonowych na skalę sieci energetycznej w miejscach takich jak Australia, Portoryko i USA. Można więc łatwo założyć, że litowo-jonowy jest jedynym wyborem do obsługi akumulatorów przez przedsiębiorstwa energetyczne. Chociaż akumulatory litowo-jonowe stanowią 59% elektrochemicznego magazynowania w sieci, istnieją inne technologie akumulatorów. Jedną z nich jest siarka sodowa (NaS).
baterie NaS należą do kategorii zwanej akumulatorami wysokotemperaturowymi. Nazywane są to, ponieważ podwyższone temperatury są wymagane, aby utrzymać materiały anodowe i katodowe w stanie stopionym, aby bateria działała. Podczas pracy reakcja chemiczna, która ma miejsce, wytwarza wystarczającą ilość ciepła, aby utrzymać stan stopionego. Tylko podczas uruchamiania lub gdy bateria jest bezczynna, konieczne jest zewnętrzne ogrzewanie.
zastosowanie stopionego sodu jako anody (elektroda ujemna) i stopionej siarki jako katody (elektroda dodatnia) zostało po raz pierwszy opracowane przez Ford Motor Company w latach 60. Temperatura robocza 300-350°C—potrzebna do utrzymania sodu i siarki w stanie stopionym-wraz z niebezpieczeństwami związanymi z wysoce reaktywnym metalem sodowym, stwarzały zagrożenia dla stosowania baterii NaS w pojazdach elektrycznych (EVs) na drogach. Ostatecznie Ford porzucił Pomysł Na EVs.
firma NGK opracowała na całym świecie znaczącą pojemność baterii z siarką sodową (NaS) w skali sieci. (Źródło zdjęcia: NGK)
firma NGK Insulators, specjalizująca się w ceramice, rozpoczęła pracę nad koncepcją NaS w 1989 roku. NGK dodał cienką ceramiczną membranę elektrolitową z tlenku glinu Beta między stopionymi materiałami. Podczas rozładowania membrana ceramiczna pozwala tylko na przejście dodatnio naładowanych jonów sodu, od ujemnego stopionego sodu do dodatniego stopionego siarki. Podczas ładowania Proces jest odwrócony. Współpracując z Tokyo Electric Power Company (TEPCO), NGK wszedł do produkcji ze swoim komercyjnym stacjonarnym akumulatorem NaS do obsługi sieci energii odnawialnej w 2002 roku.
firma NGK znalazła w Japonii dodatkowe zastosowania dla baterii NaS, w tym wyrównywanie obciążenia w farmach wiatrowych i innych usługach sieciowych. Technologia rozprzestrzeniła się na inne części świata. Do tej pory powstało ponad 300 MW pamięci masowej NaS w 170 krajach. Stanowi to około 3% całego magazynu elektrochemicznego.
według Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) w swoim raporcie z października 2017 r.dotyczącym magazynowania energii elektrycznej i odnawialnych źródeł energii, gęstość energii baterii NaS wynosi od 140 do 300 watogodzin/litr (Wh/L). Jest to nieco mniej niż 500 Wh/l akumulatora litowo-jonowego obecnej generacji. NaS oferuje znacznie dłuższą żywotność—ponad 5000 cykli ładowania i rozładowania. To prawie dwa razy tyle, co jest możliwe w przypadku akumulatora litowo-jonowego. NaS oferuje również nieco niższe koszty (głównie ze względu na to, że jest wykonany z tanich i obfitych materiałów) w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi.
Wymiana membrany ceramicznej
jednym z czynników ograniczających akceptację akumulatorów wysokotemperaturowych jest krucha natura membrany ceramicznej między stopionymi elementami anody i katody. Cienka papierowa membrana łatwo ulega uszkodzeniu podczas pracy akumulatora. Obecnie grupa badawcza z MIT opublikowała artykuł w Nature szczegółowo opisujący zastosowanie siatki metalowej do zastąpienia membrany ceramicznej w akumulatorach wysokotemperaturowych.
podejście przyjęte przez zespół MIT polegało na zastąpieniu funkcji kruchej membrany ceramicznej bardziej wytrzymałą i elastyczną, specjalnie powlekaną siatką metalową. Po eksperymentach z różnymi materiałami najlepsze wyniki uzyskano stosując stalową siatkę pokrytą roztworem azotku tytanu. Zaowocowało to sprawną, tańszą baterią.
zespół również znalazł coś nieoczekiwanego. Cytując z komunikatu prasowego MIT, ” membrana spełniła swoją rolę-selektywnie pozwalając niektórym cząsteczkom przejść, blokując inne-w zupełnie inny sposób, wykorzystując swoje właściwości elektryczne, a nie typowe sortowanie mechaniczne oparte na rozmiarach porów w materiale (ceramicznym).”
” uważam to za przełom”, powiedział profesor mit Donald Sadoway w komunikacie prasowym MIT. „Fakt, że można zbudować akumulator typu sodowo-siarkowego lub akumulator typu sodowo-niklowo-chlorkowego, bez uciekania się do użycia kruchej, kruchej ceramiki—to wszystko zmienia” – powiedział.
akumulatory litowo-jonowe pozostaną najlepszym wyborem dla elektroniki osobistej i do zasilania pojazdów elektrycznych w najbliższej przyszłości. Jednak potencjał akumulatorów wysokotemperaturowych-zwłaszcza tych wykorzystujących stopiony sód i siarkę-może pomóc obniżyć koszty i poprawić niezawodność sieci energetycznych, które opierają się na odnawialnych źródłach energii.
szeroki zakres tematów baterii zostaną omówione na Battery Show w dniach 11-13 września w Novi, Michigan. Oto lista programów wskazująca, kiedy każda prezentacja będzie miała miejsce.
starszy redaktor Kevin Clemens od ponad 30 lat pisze na tematy związane z energią, motoryzacją i transportem. Posiada tytuł magistra inżynierii materiałowej i edukacji ekologicznej oraz stopień doktora nauk mechanicznych, specjalizując się w aerodynamice. Ustanowił kilka światowych rekordów prędkości na motocyklach elektrycznych, które zbudował w swoim warsztacie.
czy dostawa litu spełni wymagania dotyczące baterii?
Bateria protonowa może zaoferować alternatywę litowo-jonową
Nowa zmarszczka w badaniach Baterii Litowo-metalowych
obroty baterii są przewidywane co tydzień, ale ten może być prawdziwy
konstrukcja katody zwiększa pojemność akumulatorów na bazie magnezu
krzem zastępuje węgiel, aby poprawić akumulatory litowo-jonowe
premierowa Konferencja baterii w Ameryce Północnej.
Dołącz do naszego szczegółowego programu konferencji z ponad 100 dyskusjami technicznymi obejmującymi tematy od nowych technologii baterii i chemii po BMS i zarządzanie ciepłem.
Pokaz Baterii. Wrzesień 11-13, 2018, w Novi, MI. Zarejestruj się na wydarzenie, którego gospodarzem jest firma UBM-matka Design News.