美國(guó)能源部桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）的研究人員設(shè)計(jì)了一款用于電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能的新型熔融鈉電池。

熔融鈉電池儲(chǔ)存可再生能源。但是，商用的鈉硫電池通常在520-660華氏度下工作，而桑迪亞的新型熔融碘化鈉電池的工作溫度為230華氏度。

研究人員稱，電池工作溫度降低會(huì)帶來(lái)“一系列成本節(jié)約”，例如可以使用價(jià)格更實(shí)惠的原料、減少電池絕緣材料用量并使用較薄的電線來(lái)連接電池。

但是，在550度下工作的電池化學(xué)物質(zhì)在230度下不起作用。為了實(shí)現(xiàn)工作溫度的降低，其中一項(xiàng)研發(fā)創(chuàng)新成果就是一種陰極電解液，即兩種鹽的液體混合物，此處指碘化鈉和氯化鎵。

工作原理

通常用作汽車(chē)點(diǎn)火電池的堿性鉛酸蓄電池由鉛板和二氧化鉛板組成，兩板之間是硫酸電解液。當(dāng)電池釋放能量時(shí)，鉛板與硫酸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸鉛和電子。這些電子啟動(dòng)汽車(chē)并回到電池的另一端，在這里二氧化鉛極板利用這些電子和硫酸生成硫酸鉛和水。

新型熔融鈉電池使用液態(tài)金屬鈉代替鉛板，并用碘化鈉和少量氯化鎵的液態(tài)混合物取代二氧化鉛板。

當(dāng)新型電池釋放能量時(shí)，鈉金屬產(chǎn)生鈉離子和電子。另一方面，電子將碘變?yōu)榈怆x子。鈉離子通過(guò)分離器移動(dòng)到另一側(cè)，并在那里與碘離子反應(yīng)生成熔融碘化鈉鹽。

新型電池的中間則采用一種特殊的陶瓷分離器來(lái)取代硫酸電解液。這種分離器只允許鈉離子通過(guò)。

據(jù)研究人員透露，與鋰離子電池不同，新型電池的兩側(cè)都是液體，由此消除了材料經(jīng)歷復(fù)雜相變或分解的問(wèn)題，也意味著液體電池的壽命不會(huì)像其他電池那樣有限。

能量密度

研究人員還表示，在3.6伏的電壓下，這款新型碘化鈉電池的工作電壓比商用熔融鈉電池高出40%。這會(huì)導(dǎo)致能量密度更高，從而意味著未來(lái)使用這種化學(xué)物質(zhì)制成的電池可能只需更少的電池、電池之間的連接更少且儲(chǔ)存相同電量的總體單位成本更低。

Small表示，碘化鈉電池項(xiàng)目的下一步是繼續(xù)調(diào)整和完善陰極電解液化學(xué)物質(zhì)，以取代氯化鎵成分。氯化鎵價(jià)格很貴，相當(dāng)于精制食鹽的100倍不止。

研究團(tuán)隊(duì)還在進(jìn)行工程調(diào)整，以使電池能夠更快、更充分地充放電。先前確定的一種加速電池充電的改進(jìn)方法是在陶瓷分離器的熔融鈉側(cè)涂上一層薄薄的錫。

研究人員表示，碘化鈉電池可能需要5到10年的時(shí)間才能上市，且接下來(lái)主要面臨商業(yè)化而不是技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

這款新型鈉電池的開(kāi)發(fā)已得到美國(guó)能源部電力儲(chǔ)能項(xiàng)目辦公室的支持。

來(lái)源：pv-magazine