empresas globais de energia como Tesla e Sonnen têm manchetes para a instalação de enormes baterias de íons de lítio em escala de energia em lugares como Austrália, Porto Rico e os EUA. Seria, portanto, fácil assumir que o íon de lítio é a única escolha para o suporte da bateria de utilitários de energia. Enquanto baterias de iões de lítio representam 59% do armazenamento de rede eletroquímica, outras tecnologias de bateria existem. Um deles é enxofre de sódio (NaS).
as baterias NaS pertencem a uma categoria chamada baterias de alta temperatura. Eles são chamados isso porque altas temperaturas são necessárias para manter o ânodo e os materiais catódicos em um estado derretido para a bateria funcionar. Em operação, a reação química que ocorre cria calor suficiente para manter o estado derretido. É apenas durante a inicialização ou quando a bateria está sem carga que o aquecimento externo precisa ocorrer.
The use of molten sodium as Anode (negative electrode) and molten sulfur as a cathode (positive electrode) were first developed by Ford Motor Company in the 1960s. A temperatura de funcionamento de 300-350 ° c—necessária para manter o sódio e enxofre em estado de fusão-juntamente com os perigos do metal de sódio altamente reativo, representava perigos para a utilização da bateria NaS em veículos elétricos (EVs) nas estradas. Eventualmente, Ford abandonou a ideia para EVs.
NGK tem desenvolvido uma capacidade de bateria significativa em escala grid de enxofre de sódio (NaS) em todo o mundo. (Fonte da imagem: NGK)
especialista em cerâmica, Os isoladores NGK, no Japão, começaram a trabalhar com o conceito NaS em 1989. NGK adicionou uma fina membrana eletrolítica de Alumina beta entre os materiais fundidos. Durante a descarga, a membrana cerâmica apenas permite que íons de sódio carregados positivamente para passar, a partir do sódio derretido negativo para o enxofre derretido positivo. Durante a carga, o processo é revertido. Trabalhando em conjunto com a Tokyo Electric Power Company (TEPCO), a NGK entrou em produção com a sua bateria estacionária comercial NaS Para suporte à rede de energia renovável em 2002.
NGK encontrou aplicações adicionais no Japão para sua bateria NaS, incluindo nivelamento de carga em parques eólicos e outros serviços de grade. A tecnologia espalhou-se para outras partes do mundo. Até à data, existem mais de 300 MW de armazenamento NaS em 170 países. Isto representa cerca de 3% do total de armazenamento de grade eletroquímica.
de acordo com a Agência Internacional de Energias Renováveis (IRENA) no seu relatório de outubro de 2017 sobre armazenamento de eletricidade e Energias Renováveis, a densidade de energia de uma bateria NaS está entre 140 e 300 watt-horas/litro (Wh/L). Isto é um pouco menos do que a 500 Wh/L de uma bateria de iões de lítio de geração atual. O que o NaS oferece é uma vida útil muito mais longa-mais de 5.000 ciclos de carga e descarga. Isto é quase o dobro do que é possível com uma bateria de iões de lítio. O NaS também oferece custos ligeiramente mais baixos (em grande parte devido a serem feitos de materiais baratos e abundantes) quando comparados com baterias de iões de lítio.
substituir a membrana cerâmica
um dos factores limitantes para a aceitação de baterias de alta temperatura tem sido a natureza frágil da membrana cerâmica entre os componentes do ânodo fundido e do cátodo. A membrana fina de papel é facilmente danificada quando a bateria está em funcionamento. Agora, um grupo de pesquisa no MIT publicou um artigo na natureza detalhando o uso de uma malha metálica para substituir a membrana cerâmica em baterias de alta temperatura.
a abordagem adoptada pela equipa do MIT foi substituir a função da membrana de cerâmica quebradiça por uma malha de metal mais robusta e flexível, especialmente revestida. Após experiências com uma variedade de materiais, os melhores resultados foram obtidos usando uma malha de aço revestida com uma solução de nitreto de titânio. Resultou numa bateria funcional e de baixo custo.A equipe também encontrou algo inesperado. Citando um comunicado de imprensa do MIT, ” a membrana desempenhou seu papel—permitindo seletivamente que certas moléculas passassem enquanto bloqueavam outras—de uma forma completamente diferente, usando suas propriedades elétricas ao invés da triagem mecânica típica baseada nos tamanhos dos poros no material (cerâmico).”
“I consider this a breakthrough”, said MIT Professor Donald Sadoway, in the MIT Press Release. “O fato de que você pode construir um tipo de bateria de sódio-enxofre, ou um tipo de bateria de cloreto de sódio/níquel, sem recorrer ao uso de cerâmica frágil e quebradiça-que muda tudo”, disse ele.
as baterias de iões De Lítio continuarão a ser a melhor opção para a electrónica pessoal e para a alimentação de veículos eléctricos num futuro previsível. No entanto, o potencial para baterias de alta temperatura—especialmente aquelas que usam sódio fundido e enxofre—poderia ajudar a reduzir o custo e melhorar a confiabilidade das redes de energia que dependem de fontes de energia renováveis.
uma ampla gama de tópicos de bateria será discutida no Show de baterias em 11-13 de setembro em Novi, Michigan. Aqui está uma listagem de programa indicando quando cada apresentação será realizada. O Editor sênior Kevin Clemens tem escrito sobre temas de energia, automotivo e transporte por mais de 30 anos. Ele tem mestrado em Engenharia de materiais e Educação Ambiental e um doutorado em Engenharia Mecânica, Especializada em aerodinâmica. Ele estabeleceu vários recordes mundiais de velocidade terrestre em motocicletas elétricas que ele construiu em sua oficina.
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