新的电网能源存储解决方案由低成本、地球上充足的原材料

新电池设计可能有助于缓解集成可再生能源进入国家电网以较低的成本,使用地球上充足的金属,据一项研究发表在储能材料。领导的一个研究小组,能源部的太平洋西北国家实验室,证明了电网储能电池的新设计建造低成本金属钠和铝提供了一种途径向更安全、更可伸缩的静止能量存储系统。

“我们表明,这种新的熔盐电池充放电设计有可能比其他常规的高温钠电池快得多,在较低的温度下操作,并保持一个优秀的储能能力,“国盛李说,太平洋西北国家实验室的材料科学家和研究的首席研究员。“我们正在类似的性能有了这个新的钠基化学100°C (212°F)以上温度低于商用高温钠电池技术,同时使用更多的地球上充足的材料。”

更多的能量存储交付

能源部办公室主任Imre Gyuk电力、能源存储程序,支持这项研究,指出“这电池技术,建立可以使用低成本的国内材料让我们更进一步满足我们国家的清洁能源目标。”

新的钠基熔盐电池使用两种截然不同的反应。团队之前报道一个中立的熔盐反应。新发现表明,这种中立的熔盐可以进一步进行反应成酸性熔盐。至关重要的是,这第二个酸性反应机理增加了电池的容量。具体地说,345年之后,在大电流充电/放电循环,这种酸性反应机制保留82.8%的峰值容量。

电池的能量可以交付在放电过程称为其特定的能量密度,即表示为“每公斤瓦时”(Wh /公斤)。尽管电池是早期或“硬币单元”测试,研究人员推测,它可能导致一个实际能量密度高达100 Wh /公斤。相比之下,锂离子电池的能量密度用于商业电子产品和电动汽车大约是170 - 250 Wh /公斤。然而,新的钠铝电池设计的优点是便宜和容易产生在美国更丰富的材料。

与优化,我们预计具体的能量密度和生命周期可能达到更高和更长的,”李补充道。

钠离子电池显示它的勇气

的确,美国太平洋西北国家实验室的科学家与同事合作基于可再生能源的先锋Nexceris组装和测试电池。通过他们的新业务Nexceris,阿登纳人权力,提供他们的专利固态,钠基电解质太平洋西北国家实验室测试电池的性能。这个至关重要的电池组件允许钠离子从负(阳极)正(阴极)电池的费用。

“我们对该技术的主要目标是实现低成本、日常太阳能转移到电网10 - 24小时内,”文斯Sprenkle说,太平洋西北国家实验室电池技术专家与30多个专利设计储能系统和相关技术。“这是一个甜蜜的地方我们可以开始思考将更高的可再生能源集成到电网提供真正的网格弹性来自可再生资源,比如风能和太阳能。”

Sprenkle是团队的一部分,这个电池的新的灵活的设计开发,也将电池从传统的管状平,可伸缩,可以更容易地从仅仅需要堆叠随着技术发展和扩大电池更大电网示范规模。更重要的是,这种平面单元设计允许电池容量增加了简单的使用更厚的阴极,研究人员利用这个工作来演示一个三重能力细胞在实验室条件下持续放电为28.2小时。

大多数目前的电池技术,包括锂离子电池,非常适合短期储能。满足十几小时的能量储存的需求需要开发新的,低成本,安全,和长时间电池概念超出了当前最先进的电池技术。本研究为实现这一目标提供了一个有前途的实验室规模示范。

变化在一个网格弹性的主题

储存能量的能力产生的可再生能源和释放它对电网的需求推动电池技术的快速进步,有许多新设计竞争和客户的关注。每个新变化必须满足自己的利基市场使用的要求。一些电池,如有用电的冻融电池设计,能够储存能量生成的季节性数月。

与季节性电池相比,这个新设计尤其擅长短中期电网储能在12到24小时。这是一个变化的所谓的卤化金属钠电池。类似的设计采用镍阴极作为系统的一部分,已被证明有效的商业规模和已经商业化。

“我们已经消除了需要镍、相对稀缺和昂贵的元素,在不牺牲电池性能,”李说。“使用铝的另一个优点是铝镍阴极更快,这是至关重要的,使放电持续时间越长表明这项工作。”

达到这个里程碑,小组重点是进一步改善提高放电持续时间,从而大大提高电网的灵活性更大的整合可再生能源。

因为它运行在较低的温度下,它可以用廉价的电池材料生产,而不需要更复杂的和昂贵的组件和流程在传统高温钠电池,大卫·里德说,太平洋西北国家实验室电池专家和研究的合著者。

以较低的成本更多的网格能量储存

2023年,最先进的电网储能用锂离子电池大约四个小时的能量存储能力,Sprenkle说。”这个新系统可以显著增加储能能力能否达到预期的目标,材料和制造成本,”他补充道。

作为这项研究的一部分,研究人员估计,钠铝电池设计基于廉价的原材料可以成本仅为7.02美元每千瓦时的活性材料。通过优化和实际能量密度增加,他们的项目,这可以进一步降低成本。这个有前途的低成本,电网存储技术可以使间歇式可再生能源如风能和太阳能国家电网动态作出更大贡献。

研究合著者主席Neil Kidner,阿登纳人权力,固态钠电池制造商,与太平洋西北国家实验室合作,促进钠基的电池技术。“这项研究表明,钠电解质作品不仅与我们的专利技术,而且与钠铝电池设计,”他说。“我们期待继续与太平洋西北国家实验室的研究团队合作对促进钠电池技术。”

参考:韦勒JM,李MM, Polikarpov E, et al .解锁NaCl-AlCl3相图的低成本、长期Na-Al电池。在大的垫子。2023;56:108 - 120。doi:10.1016 / j.ensm.2023.01.009

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