桑迪亚国家实验室的研究人员设计了一类新的熔融钠电池，用于网格级储能。新的电池设计是在今天发表在科学期刊上发表的论文中细胞报告物理科学亚博老虎机网登录．
熔融钠电池多年来一直被用于储存来自可再生能源的能量，如太阳能电池板和风力涡轮机。然而，市面上可以买到的熔融钠电池，即钠硫电池，通常在520-660华氏度下工作。桑迪亚的新型熔融碘化钠电池的工作温度要低得多，只有230华氏度。
“我们一直在努力将熔融钠电池的工作温度降至物理上尽可能低的水平，“Leo Small，项目领先的研究员。“降低电池温度可以节省大量成本。你可以用比较便宜的材料。亚博网站下载电池需要更少的绝缘，连接所有电池的电线也可以更薄。”
然而，他补充说，在550度下工作的电池化学不起作用230度。在允许这种较低的工作温度的主要创新中是发展他所谓的阴离子。阴极电解液是两种盐的液体混合物，在这种情况下，碘化钠和氯化镓。
制造更好电池的基础知识
常用作为汽车点火电池的基本铅酸电池具有引线板和中间具有硫酸电解质的引线板。随着能量从电池中排出时，引线板与硫酸反应以形成硫酸铅和电子。这些电子开始车并返回电池的另一侧，其中引线板使用电子和硫酸形成硫酸铅和水。对于新的液体钠金属，通过碘化钠和少量氯化镓，铅板代替铅板，通过碘化钠和少量氯化铵代替。亚博网站下载在熔融钠电池上超过十年。
当能量从新电池排出时，钠金属产生钠离子和电子。在另一边，电子将碘转化为碘离子。钠离子穿过分离器到另一侧，它们与碘离子反应以形成熔融碘化钠盐。代替硫酸电解质，电池的中间是一种特殊的陶瓷分离器，允许仅钠离子从侧面移动，别无他物。
＂在我们的系统中，与锂离子电池不同，两侧的一切都是液体，“Spoerke说。“这意味着我们不必处理像经历复杂的相变或分开的材料一样的问题;这是所有液体。基本上，这些基于液体的电池没有像许多其他电池的一生都没有限制一生。”
事实上，商业熔融钠电池具有10-15岁的寿命，显着长于标准铅酸蓄电池或锂离子电池。
更安全的电池更安全
桑迪亚的小型实验室碘化钠电池在烤箱中测试了8个月。博士后研究员玛莎·格罗斯(Martha Gross)在过去两年里一直从事实验室测试，在这8个月里进行了400多次充电和放电实验。
由于Covid-19大流行，他们必须暂停实验一个月，让熔融钠和阴极电解液冷却至室温，冻结。粗暴很高兴，在加热电池后，它仍然工作。
这意味着如果发生大规模的能量破坏，就像2月份德克萨斯州发生的发生一样，可以使用钠 - 碘化钠电池，然后使其冷却至冷冻。一旦破坏结束，它们就可以加热，充电并恢复正常运行，没有冗长或昂贵的初创过程，并且没有削弱电池内部化学，Spoerke添加。
碘化钠电池也更安全。Spoerke说,“当锂离子电池内部出现故障时，它就会着火，导致电池过热。我们已经证明了电池的化学反应是不可能发生的。我们的电池，如果你把陶瓷分离器拿出来，让金属钠和盐混合，什么也不会发生。当然，电池会停止工作，但没有剧烈的化学反应或起火。”
如果外部射击吞噬碘化钠电池，电池可能会破裂并失效，但它不应该将燃料添加到火上或导致钠火，小添加。
另外，在3.6伏特，新的碘化钠电池的工作电压高于商业熔融钠电池。该电压导致更高的能量密度，这意味着使用该化学切换的潜在的未来电池需要更少的细胞，细胞之间的连接较少，并且整体更低的单元成本来存储相同量的电量。
“我们真的很兴奋，因为我们在这篇论文中报道的新型阴极液，我们可以向系统中注入多少能量，”总补充道。“熔融钠电池已经存在了几十年，它们遍布全球，但从来没有人谈论过它们。所以，能够降低温度，得出一些数字，然后说，‘这是一个非常、非常可行的系统’，这是非常简单的。”
碘化钠电池的未来
Small说，碘化钠电池项目的下一步是继续调整和改进阴极液的化学成分，以取代氯化镓成分。氯化镓非常昂贵，比食盐贵100多倍。
该团队还致力于各种工程调整，让电池充电和放电得更快，更完整，加油。先前识别的修改加速电池充电是用薄的锡层涂覆陶瓷分离器的熔融钠侧。
Spoerke补充说，将碘化钠电池达到市场可能需要五到10年，其大部分挑战是商业化挑战，而不是技术挑战。
“这是低温熔融钠电池长期稳定循环的第一次演示，”Spoerke说。“我们把这些放在一起的神奇之处在于，我们已经确定了盐化学和电化学，使我们能够在华氏230度下有效工作。这种低温碘化钠结构是对熔融钠电池的重新定义。”
这种新型钠电池的开发得到了美国能源部电力储能项目办公室的支持。
