Жидкометаллический электрод улучшает натриевые батареи

Новые электроды для натриевых батарей, изобретенные в Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), созданы из расплава цезия и натрия, что позволяет значительно улучшить эффективность, безопасность и срок полезного использования натрий-бета батарей (NBBs). При успешном внедрении этой технологии, новые батареи будут основой для создания умных электрических сетей,дающих возможность более эффективного использования возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер.

Количество энергии из возобновляемых источников продолжает неуклонно расти каждый год, но чтобы в полной мере воспользоваться сетевой инфраструктурой,предварительно необходимо её усовершенствовать. Одним из значительных этапов развития таких сетей, это создание дешевых, практичных и масштабируемых батарей, сохраняющих энергию от периодических источников. Поэтому можно быть обеспеченными энергией, даже когда солнце не светит, и не дует ветер.

Новый электрод способен значительно увеличить эффективность батареи  (Фото: PNNL)

Новый электрод способен значительно увеличить эффективность батареи (Фото: PNNL)

Натрий-бета батареи, также известные как Na-beta или NBBs, являются подходящими для этих целей, потому что они имеют высокую плотность хранения энергии и большую гибкость при изменении масштаба системы, от нескольких киловатт-часов до нескольких мегаватт-часов. Они используют твердые мембраны из керамического электролита, чтобы транспортировать ионы натрия между положительным электродом (например, металл-галоген соединение) и отрицательный электрод (из натрия). Тем не менее, текущие NBBs должны работать при температуре, по меньшей мере 350 ° C , и это создает проблемы с точки зрения безопасности, стоимости и долговечности.

А сейчас, ученые Сяочуань Лу и его коллеги из PNNL создали новый жидкий электрод, который решает многие из нынешних ограничений NBBs. Они изготовили катод из расплава цезия и натрия, что позволяет батарее работать при гораздо более низких температурах, что делает их значительно более долговечны, безопаснее и проще в изготовлении.

Натрий является твердым при стандартной температуре и давлении, но имеет очень низкую температуру плавления всего около 98 ° C . В NBBs, натрий используется в жидком состоянии в качестве отрицательного электрода. Поскольку батареи работают путем транспортировки ионов натрия от одного электрода к другому, эффективность ячеек, зависит в значительной мере от площади контакта между натрием и керамическим электролитом, который отделяет два электрода.

Натрий-цезиевые капли обладают лучшей "смачиваемостью"   керамического электролита, чем стандартный чистый натрия (Фото: PNNL)

Натрий-цезиевые капли обладают лучшей «смачиваемостью» керамического электролита, чем стандартный чистый натрий (Фото: PNNL)

Дело в том, что при температурах чуть выше его температуры плавления, натрий имеет тенденцию к образованию почти сферических капель, которые уменьшают площадь контакта с электролитом. Чтобы обойти эту проблему, натрий должен быть нагрет до 350 ° С, после чего происходит полное «смачивание» керамического электролита, увеличивается площадь контакта и эффективность батареи. Но работа при более высоких температурах означает, что будет тратиться много энергии и необходимо применение дорогостоящих материалов, которые выдерживают высокие температуры (например жаростойкие стали), и обрекают батарею на короткий срок эксплуатации.

Лу и его коллеги задались целью решить проблему путем смешивания натрия с цезием, получив другой мягкий металл с низкой температурой плавления. При тестировании сплава они обнаружили, что новый материал электрода значительно лучше «смачивает» электролит при значительно более низких температурах, чем раньше.

Их прототип батареи продемонстрировал значение плотности хранения  420 А · ч / кг при 150 ° C , что соответствует производительности традиционной конструкции, работающей при  350 ° C. Кроме того, их батарея сохраняла до 97 процентов своей емкости после 100 циклов разядки-разрядки, в то время как традиционный NBB был в состоянии удержать только 70 процентов заряда после 60 циклов.

Поскольку рабочая температура значительно ниже, это открывает возможность применять в батарее полимеры или другие более дешевые материалы, а не сталь. Это частично компенсирует более высокие затраты на применение более дорогого цезия вместо натрия, и это также помогает оптимизировать производственный процесс.

Источник:

www.pnnl.gov

Добавить комментарий


Почитать ещё по теме:


Может трава стать новым видом биотоплива?
микроТЭЦ Panasonic
Микро ТЭЦ Panasonic для частного дома
Микро-ТЭЦ на выставке Hannover Messe 2014
Может ли краудфандинг дать нам безопасную термоядерную энергию до 2020 года?
Созданы солнечные батареи, превращающие инфракрасное излучение в электричество

Template design by Joule Watt © 2014 Домашняя энергетика