companii globale de energie precum Tesla și Sonnen apucă titluri pentru instalarea unor baterii litiu-ion uriașe, la scară electrică, în locuri precum Australia, Puerto Rico și SUA. Astfel, ar fi ușor să presupunem că ionul de litiu este singura alegere pentru suportul bateriei pentru utilitățile electrice. În timp ce bateriile litiu-ion reprezintă 59% din stocarea electrochimică a rețelei, există și alte tehnologii pentru baterii. Unul dintre acestea este sulful de sodiu (NaS).
bateriile NaS se încadrează într-o categorie numită baterii de înaltă temperatură. Acestea sunt numite astfel deoarece sunt necesare temperaturi ridicate pentru a menține materialele anodice și catodice într-o stare topită pentru ca bateria să funcționeze. În timpul funcționării, reacția chimică care are loc creează suficientă căldură pentru a menține starea topită. Numai în timpul pornirii sau când bateria este inactivă trebuie să apară încălzirea externă.
utilizarea sodiului topit ca anod (electrod negativ) și a sulfului topit ca catod (electrod pozitiv) au fost dezvoltate pentru prima dată de Ford Motor Company în anii 1960. Temperatura de funcționare a 300-350 c-necesară pentru a menține sodiul și sulful într—o stare topită-împreună cu pericolele metalului de sodiu foarte reactiv, au reprezentat pericole pentru utilizarea bateriei NaS în vehiculele electrice (EV) pe drumuri. În cele din urmă, Ford a abandonat ideea pentru EV.
NGK a dezvoltat o capacitate semnificativă a bateriei cu sulf de sodiu (NaS) la scară largă în întreaga lume. (Sursa imaginii: NGK)
specialistul în ceramică NGK Izolators, din Japonia, a început să lucreze cu conceptul NaS în 1989. NGK a adăugat o membrană electrolitică ceramică beta alumină subțire între materialele topite. În timpul descărcării, membrana ceramică permite doar trecerea ionilor de sodiu încărcați pozitiv, de la sodiul topit negativ la sulful topit pozitiv. În timpul încărcării, procesul este inversat. Lucrând împreună cu Tokyo Electric Power Company (Tepco), NGK a intrat în producție cu bateria sa staționară NaS comercială pentru sprijinul rețelei de energie regenerabilă în 2002.
NGK a găsit aplicații suplimentare în Japonia pentru bateria sa NaS, inclusiv nivelarea sarcinii la parcurile eoliene și alte servicii de rețea. Tehnologia sa răspândit în alte părți ale lumii. Până în prezent, există peste 300 MW de stocare NaS în 170 de țări. Aceasta reprezintă aproximativ 3% din stocarea totală a rețelei electrochimice.
potrivit Agenției Internaționale pentru energie regenerabilă (IRENA) în raportul său din octombrie 2017 privind stocarea energiei electrice și energiile regenerabile, densitatea energetică a unei baterii NaS este cuprinsă între 140 și 300 watt-oră/litru (Wh/L). Aceasta este ceva mai mică decât 500 Wh/L a unei baterii litiu-ion de generație curentă. Ceea ce oferă NaS este o durată de viață mult mai lungă—peste 5.000 de cicluri de încărcare și descărcare. Acest lucru este aproape dublu față de ceea ce este posibil cu o baterie litiu-ion. NaS oferă, de asemenea, costuri ușor mai mici (în mare parte datorită faptului că sunt fabricate din materiale ieftine și abundente) în comparație cu bateriile litiu-ion.
înlocuirea membranei ceramice
unul dintre factorii limitativi la acceptarea bateriilor la temperaturi ridicate a fost natura fragilă a membranei ceramice dintre componentele anodului topit și catod. Membrana subțire de hârtie este ușor deteriorată atunci când bateria este în funcțiune. Acum, un grup de cercetare de la MIT a publicat o lucrare în Nature care detaliază utilizarea unei rețele metalice pentru a înlocui membrana ceramică în bateriile cu temperatură ridicată.
abordarea luată de echipa MIT a fost înlocuirea funcției membranei ceramice fragile cu o plasă metalică mai robustă și mai flexibilă, special acoperită. După experimentarea cu o varietate de materiale, cele mai bune rezultate au fost obținute folosind o plasă de oțel acoperită cu o soluție de nitrură de titan. A rezultat o baterie funcțională, cu costuri mai mici.
echipa a găsit, de asemenea, ceva neașteptat. Citând dintr—un comunicat de presă al MIT, „membrana și—a îndeplinit rolul-permițând selectiv anumitor molecule să treacă în timp ce blochează altele-într-un mod complet diferit, folosind proprietățile sale electrice mai degrabă decât sortarea mecanică tipică bazată pe dimensiunile porilor din materialul (ceramic).”
„consider că acest lucru este un progres”, a declarat profesorul MIT Donald Sadoway, în comunicatul de presă al MIT. „Faptul că puteți construi un tip de baterie de sodiu-sulf sau un tip de baterie de sodiu/clorură de nichel, fără a recurge la utilizarea ceramicii fragile și fragile-asta schimbă totul”, a spus el.
bateriile litiu-ion vor rămâne alegerea de top pentru electronica personală și pentru alimentarea vehiculelor electrice în viitorul previzibil. Cu toate acestea, potențialul bateriilor la temperaturi ridicate—în special cele care utilizează sodiu topit și sulf—ar putea contribui la reducerea costurilor și la îmbunătățirea fiabilității rețelelor energetice care se bazează pe surse regenerabile de energie.
o gamă largă de subiecte despre baterii vor fi discutate la spectacolul bateriei din 11-13 septembrie în Novi, Michigan. Iată o listă de programe care indică când va avea loc fiecare prezentare.
editorul principal Kevin Clemens scrie despre subiecte legate de energie, automobile și transport de mai bine de 30 de ani. Are diplome de master în Ingineria Materialelor și educație de mediu și o diplomă de doctorat în inginerie mecanică, specializată în aerodinamică. El a stabilit mai multe recorduri mondiale de viteză pe motociclete electrice pe care le-a construit în atelierul său.
furnizarea de litiu va satisface cerințele bateriei?
baterie de protoni ar putea oferi alternativă litiu-Ion
un nou rid în cercetare baterie litiu Metal
revoluții baterie sunt prezise săptămânal, dar aceasta ar putea fi Real
catod Design susține capacitatea de stocare de baterii pe bază de magneziu
siliciu suplinește Carbon pentru a îmbunătăți bateriile Li-ion
Conferința Premier baterie America de Nord.
Alăturați-vă programului nostru de conferințe în profunzime, cu peste 100 de discuții tehnice care acoperă subiecte de la noile tehnologii de baterii și chimie la BMS și managementul termic.
Spectacolul Bateriei. Sept. 11-13, 2018, în Novi, MI. Înregistrați-vă la eveniment, găzduit de compania-mamă A Design News UBM.