一個阻礙可再生能源比如說風(fēng)能和太陽能成為主要能源的障礙在于在有限風(fēng)吹和日照時期內(nèi)電池儲能的低效。
另一方面，這導(dǎo)致持久的強(qiáng)風(fēng)和陽光直射時期大量的能量被浪費了。這種新的由鈉-銫合金制成的電極則可以改變這種現(xiàn)象。
新的鈉-銫電極使得鈉電池能在更低溫度下工作，并且允許他們在報廢前經(jīng)歷更大數(shù)量的再充電循環(huán)。這種電極還能能幫助促進(jìn)生產(chǎn)和減少意外失火風(fēng)險。
當(dāng)前爭論
根據(jù)邦能源咨詢公司的資料，有一大批集裝箱大小的鈉電池正在美國、歐洲和日本各地使用，儲存了超過3億瓦特的能量。然而，這些電池有著非常高的工作溫度，在有些情況下達(dá)到350攝氏度。這個溫度已經(jīng)足夠引起大多數(shù)材料的損傷，由此，需要大量的對于鈉電池的貴金屬研究。即使如此，它們的工作壽命仍然不長。
“在更低溫度下工作對鈉電池有重大意義，并且可以使得電池儲存更多的可再生能源以及強(qiáng)化電網(wǎng)。
從事這項研究的PNNL團(tuán)隊，受能源部電力傳送和能量可靠性部門的資助，致力于嘗試改變電池的工作溫度，使其在合適的溫度下工作，這將會使電池持續(xù)更長時間，并且效率更高。
典型的鈉電池包括被兩個電極固態(tài)薄膜(由β氧化鋁陶瓷制得)。有兩種類型的這類電池，一般通過電極陽極的材料進(jìn)行區(qū)分。有一些在電極中使用了硫，這被稱作鈉硫電池；還有一些是使用氯化鎳的ZEBRA電池。
即便電池的工作溫度被降低，這項工作也不意味著結(jié)束。當(dāng)在400攝氏度以下環(huán)境工作時，負(fù)的鈉電極則不能被β—氧化鋁（陶瓷電解液）充分覆蓋，在這種情況下鈉卷成球狀（見頂圖，左）導(dǎo)致電池效率變低。
新的電極—新的方法
PNNL研究者相信需要采用不同的方法來解決潤濕性問題，并且決定修飾負(fù)電極。團(tuán)隊嘗試了一系列鈉合金，以及將鈉和其他金屬混合，而不是以往的純態(tài)鈉。經(jīng)過實驗后，發(fā)現(xiàn)液態(tài)的鈉-銫合金基本上”浸潤“了β氧化鋁薄膜。（見頂圖，右）
圖為路小川在手套箱中組裝鈉電池。太平洋西北國家實驗室提供
新電池的測試表明它可以在遠(yuǎn)低于150攝氏度下工作。并且，每克的儲能達(dá)到420毫安時，這和當(dāng)前設(shè)計的鈉電池不相上下。
除了降低工作溫度意外，這種新的合金電池有更強(qiáng)的保持儲能的性能。PNNL在經(jīng)過100次充放電循環(huán)測試后，它能夠保持97%的相對于最初使用的儲存能力，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)電池在60次充放電循環(huán)后保持的70%儲能。
在電池中貴重耐用的材料也因為低的工作溫度而變得不是必需。這降低了花費，使得電池生產(chǎn)過程更加流線化。這所導(dǎo)致的成本降低抵消了代替部分鈉的銫金屬的引入。
PNNL研究團(tuán)隊的下一步計劃建造可以在更大的電池中測試的更大的電極，這和實際在可再生能源儲存中的應(yīng)用情況更加接近。
