氯化镍电池可以提高性能和储能成本

2019-04-15 09:28:21
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重新设计钠 - 氯化镍电池有望克服长期与可充电电池相关的一些障碍。根据能源部太平洋西北国家实验室在10月8日出版的ECS Transactions(行业杂志)上发表的一项工作,用平盘设计取代它们的典型圆柱形状,使电池在较低温度下的功率提高30%。

研究人员表示,这些钠-β电池最终可用于变电站,以平衡风能和太阳能发电的输出和输送。

由于电池的主要部件包括丰富的材料,如氧化铝,氯化钠和镍,它们的制造成本低于锂离子电池,并且仍然可以提供竞争消费者兴趣所需的性能。此外,与其他电池系统相比,钠β电池更安全,可以帮助将可再生能源更容易地纳入电气系统。

“这种平面钠电池技术显示出将更多太阳能和风能集成到我们的电网中的可能性,”PNNL电力基础设施部门经理Carl Imhoff表示。

自20世纪60年代以来,钠-β氧化铝电池一直存在,但它们的管状圆柱形状不能有效地释放储存的电化学能量。这种低效率导致与在高温下操作相关的技术问题,并引起对管状电池的成本效益的担忧。

锂离子电池超过钠-β电池,因为它们表现更好。然而,锂电池的材料是有限的,使得它们的生产成本更高。安全性也是可充电锂电池的一个问题,因为它们容易发生热失控,这种情况下电池会持续升温直至发生火灾。

“PNNL平面电池的扁平和薄型设计与传统的管式氯化钠镍电池相比具有许多优势,”该论文的共同作者,PNNL科学家陆小川说。

为了利用廉价材料,PNNL研究人员认为重新设计钠β电池可能会克服技术和成本问题:圆柱形钠β电池含有厚实的固体电解质和阴极,当钠离子回流时会产生相当大的阻力在电池使用时,在阳极和阴极之间。这种阻力减少了产生的功率。为降低电阻,必须提高温度。但是,提高工作温度会缩短电池的使用寿命。

研究人员随后测试了他们重新设计的钠 - 氯化镍平面电池的性能,这些电池看起来像晶圆或大按钮。

研究人员发现,对于给定的细胞体积,平面设计允许更薄的阴极和更大的表面积。因为离子可以在更大的区域和更短的路径中流动,所以它们具有更低的阻力。接下来,电池的设计包含一层薄薄的固体电解质,这也降低了电阻。由于电阻的降低,电池可以在较低温度下运行,同时比具有圆柱形设计的类似尺寸电池保持30%的功率输出。

最后,电池的扁平组件可以轻松堆叠,从而产生更紧凑的电池,使其成为大规模储能的有吸引力的选择,例如在电网上。

“我们的目标是让更安全,更实惠的电池进入能源存储市场。电池技术的发展让我们更近了一步,”陆说。

今年早些时候,PNNL和EaglePicher LLC的研究人员从高级研究计划局 - 能源公司(ARPA-E)获得资金进行研究,并将共同努力改善电池的设计,寿命和功率容量。

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