Şebeke ölçeğinde enerji depolaması için daha iyi piller

0
25

Doktora sonrası araştırmacı Martha Gross, laboratuvar ölçeğinde bir sodyum iyodür pili gösteren bir test pil hücresine sahip bir argon torpido gözünde çalışıyor. Sandia Ulusal Laboratuvarları araştırma ekibi, yeni bir sodyum iyodür katolit çözeltisi (mor sıvı) ve erimiş sodyum pilin 230 derece Fahrenheit’te (110 santigrat derece) çalışmasına izin vermek için özel bir seramik ayırıcı geliştirdi. Kredi: Randy Montoya/Sandia Ulusal Laboratuvarları

Sandia Ulusal Laboratuarlarındaki araştırmacılar, şebeke ölçeğinde enerji depolaması için yeni bir sınıf erimiş sodyum pil tasarladılar. Yeni pil tasarımı, bugün Cell Reports Physical Science adlı bilimsel dergide yayınlanan bir makalede paylaşıldı.

Erimiş sodyum piller, güneş panelleri ve rüzgar türbinleri gibi yenilenebilir kaynaklardan gelen enerjiyi depolamak için uzun yıllardır kullanılmaktadır. Bununla birlikte, sodyum-kükürt piller olarak adlandırılan ticari olarak temin edilebilen erimiş sodyum piller, tipik olarak 520-660 derece Fahrenhayt’ta çalışır. Sandia’nın yeni erimiş sodyum iyodür pili, bunun yerine çok daha soğuk 230 derece Fahrenhayt’ta çalışıyor.

Projede baş araştırmacı olan Leo Small, “Erimiş sodyum pillerin çalışma sıcaklığını fiziksel olarak mümkün olduğu kadar düşürmek için çalışıyoruz” dedi. “Pil sıcaklığını düşürmenin beraberinde getirdiği tam bir basamaklı maliyet tasarrufu var. Daha ucuz malzemeler kullanabilirsiniz. Piller daha az yalıtım gerektirir ve tüm pilleri birbirine bağlayan kablolar çok daha ince olabilir.”

Ancak 550 derecede çalışan pil kimyasının 230 derecede çalışmadığını da sözlerine ekledi. Bu daha düşük çalışma sıcaklığına izin veren en büyük yenilikler arasında, katolit dediği şeyin geliştirilmesi vardı. Bir katolit, bu durumda sodyum iyodür ve galyum klorür olmak üzere iki tuzun sıvı bir karışımıdır.

Daha iyi piller oluşturmanın temelleri

Genellikle araba ateşleme aküsü olarak kullanılan temel bir kurşun-asit akü, bir kurşun plakaya ve ortasında bir sülfürik asit elektroliti olan bir kurşun dioksit plakasına sahiptir. Aküden enerji boşalırken, kurşun levha sülfürik asit ile reaksiyona girerek kurşun sülfat ve elektronlar oluşturur. Bu elektronlar arabayı çalıştırır ve kurşun dioksit plakasının kurşun sülfat ve su oluşturmak için elektronları ve sülfürik asidi kullandığı akünün diğer tarafına geri döner. Malzeme bilimcisi Erik Spoerke, yeni erimiş sodyum pil için kurşun levhanın yerini sıvı sodyum metali ve kurşun dioksit levhasının yerini sıvı bir sodyum iyodür ve az miktarda galyum klorür karışımıyla değiştirdiğini söyledi. on yıldan fazla bir süredir erimiş sodyum pillerde.

Yeni pilden enerji boşaldığında, sodyum metali sodyum iyonları ve elektronlar üretir. Diğer tarafta, elektronlar iyodu iyodür iyonlarına dönüştürür. Sodyum iyonları, erimiş sodyum iyodür tuzu oluşturmak için iyodür iyonları ile reaksiyona girdikleri diğer tarafa bir ayırıcı boyunca hareket eder. Pilin orta kısmında sülfürik asit elektroliti yerine yalnızca sodyum iyonlarının bir yandan diğer yana hareket etmesine izin veren özel bir seramik ayırıcı bulunur, başka hiçbir şey yoktur.

Spoerke, “Sistemimizde, bir lityum iyon pilin aksine, her şey iki tarafta sıvıdır.” Dedi. “Bu, malzemenin karmaşık faz değişimleri geçirmesi veya parçalanması gibi sorunlarla uğraşmak zorunda olmadığımız anlamına geliyor; hepsi sıvı. Temel olarak, bu sıvı bazlı pillerin ömrü diğer pek çok pil kadar sınırlı değil.”

Aslında, ticari erimiş sodyum pillerin ömrü 10 ila 15 yıl arasında olup, standart kurşun-asit pillerden veya lityum iyon pillerden önemli ölçüde daha uzundur.

Daha güvenli uzun ömürlü piller

Sandia’nın küçük, laboratuvar ölçekli sodyum iyodür pili, bir fırın içinde sekiz ay boyunca test edildi. Son iki yıldır laboratuvar testleri üzerinde çalışan doktora sonrası araştırmacı Martha Gross, bu sekiz ay boyunca pili 400 defadan fazla şarj etme ve boşaltma deneyleri yaptı.

Sandia, şebeke ölçeğinde enerji depolaması için daha iyi piller tasarlıyor

Sandia Ulusal Laboratuvarları araştırmacıları Leo Small, arka sağ ve Erik Spoerke, arka sol, Martha Gross, önde, laboratuvar ölçekli sodyum iyodür pillerinde bir argon torpido gözünde çalışırken gözlemliyorlar. Bu yeni tür erimiş sodyum pil, şebeke ölçeğinde enerji depolaması için daha düşük sıcaklıkta, daha düşük maliyetli bir pil olabilir. Kredi bilgileri:Randy Montoya/Sandia Ulusal Laboratuvarları

COVID-19 salgını nedeniyle, deneyi bir ay duraklatmak zorunda kaldılar ve erimiş sodyum ve katolitin oda sıcaklığına soğumasını ve donmasını sağladıklarını söyledi. Brüt, pili ısıttıktan sonra hala çalıştığından memnun oldu.

Bu, Şubat ayında Teksas’ta meydana gelen gibi büyük ölçekli bir enerji kesintisi meydana gelirse, sodyum iyodür pillerin kullanılabileceği ve daha sonra donana kadar soğumaya bırakılabileceği anlamına gelir. Spoerke, kesinti sona erdikten sonra, uzun veya maliyetli bir başlatma işlemi olmadan ve pilin iç kimyasında bozulma olmadan ısıtılabilir, yeniden şarj edilebilir ve normal çalışmaya geri döndürülebilir, diye ekledi Spoerke.

Sodyum iyodür piller de daha güvenlidir. Spoerke, “Pilin içinde bir arıza olduğunda bir lityum iyon pil yanıyor ve pilin aşırı ısınmasına neden oluyor. Pil kimyamızla bunun olamayacağını kanıtladık. Bizim pilimiz, eğer seramik alırsanız. ayırıcıyı çıkarın ve sodyum metalinin tuzlarla karışmasını sağlayın, hiçbir şey olmuyor. Kesinlikle pil çalışmayı durduruyor, ancak şiddetli kimyasal reaksiyon veya yangın yok.”

Small, dışarıdan bir yangın bir sodyum iyodür pili yutarsa, pilin çatlaması ve arızalanması muhtemeldir, ancak yangına yakıt eklememeli veya sodyum yangınına neden olmamalıdır, diye ekledi Small.

Ek olarak, 3,6 voltta, yeni sodyum iyodür pil, ticari bir erimiş sodyum pilden %40 daha yüksek çalışma voltajına sahiptir. Small, bu voltajın daha yüksek enerji yoğunluğuna yol açtığını ve bu kimya ile gelecekte yapılacak potansiyel pillerin daha az hücreye, hücreler arasında daha az bağlantıya ve aynı miktarda elektriği depolamak için genel olarak daha düşük birim maliyete ihtiyaç duyacağı anlamına geldiğini söyledi.

Gross, “Bu yazıda bildirdiğimiz yeni katolit nedeniyle sisteme potansiyel olarak ne kadar enerji yükleyebileceğimiz konusunda gerçekten heyecanlandık” dedi. “Erimiş sodyum piller on yıllardır varlar ve dünyanın her yerindeler ama kimse onlardan bahsetmiyor. Bu yüzden, sıcaklığı düşürebilmek ve bazı rakamlarla geri dönebilmek ve ‘bu gerçekten, gerçekten’ diyebilmek. uygulanabilir sistem’ oldukça temiz.”

Sodyum iyodür pillerin geleceği

Small, sodyum iyodür pil projesinin bir sonraki adımının, galyum klorür bileşenini değiştirmek için katolit kimyasını ayarlamaya ve iyileştirmeye devam etmek olduğunu söyledi. Galyum klorür çok pahalıdır, sofra tuzundan 100 kat daha pahalıdır.

Spoerke, ekibin ayrıca pilin daha hızlı ve tam olarak şarj olmasını ve boşalmasını sağlamak için çeşitli mühendislik değişiklikleri üzerinde çalıştığını da sözlerine ekledi. Pil şarjını hızlandırmak için önceden tanımlanmış bir değişiklik, seramik ayırıcının erimiş sodyum tarafının ince bir kalay tabakasıyla kaplanmasıydı.

Spoerke, sodyum iyodür pillerin piyasaya sürülmesinin muhtemelen beş ila 10 yıl süreceğini ve kalan zorlukların çoğunun teknik zorluklardan ziyade ticarileştirme zorlukları olduğunu da sözlerine ekledi.

Spoerke, “Bu, düşük sıcaklıkta erimiş sodyum pilin uzun vadeli, kararlı döngüsünün ilk gösterimidir.” Dedi. “Bir araya getirdiğimiz şeyin büyüsü, 230 derece Fahrenheit’te etkili bir şekilde çalışmamıza izin veren tuz kimyası ve elektrokimyayı tanımlamış olmamızdır. Bu düşük sıcaklıklı sodyum iyodür konfigürasyonu, sahip olmanın ne anlama geldiğinin bir nevi yeniden keşfidir. erimiş bir sodyum pil.”

Yeni sodyum pilin geliştirilmesi, Enerji Bakanlığı Elektrik Enerjisi Depolama Programı Ofisi tarafından desteklendi.

Ekip, kararlı, verimli, anotsuz sodyum pil geliştirir Daha fazla bilgi: Martha M. Gross ve diğerleri, Metal halid katolit kimyası tarafından etkinleştirilen yüksek voltajlı, düşük sıcaklıkta erimiş sodyum pil, Cell Reports Physical Science (2021). DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100489 Sandia Ulusal Laboratuvarları tarafından sağlanmıştır

Alıntı: Şebeke ölçeğinde enerji depolaması için daha iyi piller (2021, 21 Temmuz), 21 Temmuz 2021’de https://techxplore.com/news/2021-07-batteries-grid-scale-energy-storage.html adresinden alınmıştır.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz