211service.com
Natrium-ioncellen voor goedkope energieopslag
Een nieuw type natrium-ionbatterij kan een praktische optie blijken te zijn voor het opslaan van stroom van wind- en zonneparken, zegt Jay Whitacre , een professor in materiaalkunde en techniek aan de Carnegie Mellon University. Whitacre's startup, 44 Tech, gevestigd in Pittsburgh, PA, ontvangt $ 5 miljoen van het Amerikaanse ministerie van Energie, als onderdeel van de Recovery Act van 2009, om de technologie te ontwikkelen. De financiering, die vorige week werd aangekondigd, maakt deel uit van een pakket van $ 620 miljoen voor het verbeteren van het elektriciteitsnet.
De batterijen van de startup kunnen niet alleen goedkoper zijn, maar ook langer meegaan dan bestaande batterijen, zegt Whitacre. Dit zou ze bijzonder nuttig maken voor het goedkoop opslaan van grote hoeveelheden elektriciteit - iets dat essentieel zal zijn om van hernieuwbare energie de primaire energiebron in de VS te maken, in plaats van alleen de aanvullende bron die het nu is. Dergelijke opslag maakt het praktisch om energie van windturbines en zonneparken op te slaan voor gebruik wanneer de wind niet waait en de zon niet schijnt.
De natrium-ioncellen van Whitacre zijn in sommige opzichten vergelijkbaar met lithium-ioncellen - het type dat wordt gebruikt in draagbare elektronica en in sommige elektrische voertuigen. In beide soorten cellen worden ionen tijdens het laden en ontladen tussen de positieve en negatieve elektroden van de batterij gependeld, waarbij een elektrolyt dient als medium voor het verplaatsen van die ionen. Maar omdat natrium orden van grootte overvloediger is dan lithium, is het goedkoper in gebruik. Om de cellen nog goedkoper te maken, wil Whitacre ze op lagere spanningen laten werken, zodat elektrolyten op waterbasis kunnen worden gebruikt in plaats van organische elektrolyten. Dit zou de productiekosten verder moeten verlagen, aangezien op water gebaseerde elektrolyten gemakkelijker zijn om mee te werken.
De overstap naar elektrolyten op waterbasis zou het ook mogelijk kunnen maken om veel van het ondersteunende materiaal dat nodig is in conventionele lithium-ioncellen te elimineren, wat opnieuw de kosten verlaagt. Dit komt omdat het verhogen van de ionische geleidbaarheid het mogelijk maakt om dikkere elektroden te gebruiken met minder lagen scheidende en stroomverzamelende materialen in de cel.
In principe kan een natrium-ionsysteem goedkoop zijn, en met waterige elektrolyten kan het echt goedkoop zijn, zegt Jeff Dahn , hoogleraar natuurkunde en scheikunde aan de Dalhousie University in Nova Scotia, Canada.
Onderzoekers hebben in het verleden naar natrium-ion-batterijen gekeken, hoewel ze meestal hoge spanningen en organische elektrolyten hebben gebruikt. Het gebruik van lagere spanningen vermindert de hoeveelheid energie die de batterijen kunnen opslaan - een probleem voor elektrische voertuigen, waar ruimte en gewicht beperkt zijn. Maar voor stationaire toepassingen, zoals het opslaan van hernieuwbare energie, draait het allemaal om kosten, zegt Whitacre.
Dahn stelt dat natrium-ioncellen niet alleen ontwikkeld moeten worden voor grootschalige elektriciteitsopslag. Natrium-ionbatterijen met een hoger voltage kunnen uiteindelijk een veel betere oplossing blijken te zijn dan lithium-ionbatterijen voor elektrische voertuigen, zegt hij. Tot nu toe is er echter heel weinig onderzoek naar gedaan in vergelijking met lithium-ionbatterijen. Factoren die onderzoekers op afstand hebben gehouden, zoals de grote hoeveelheid natriumionen en het effect dat dit heeft op de hoeveelheid stroom die de batterijen zouden kunnen leveren, zijn aangepakt door recente ontwikkelingen in de materiaalproductie. De overvloed aan natrium zou deze batterijen ook buitengewoon aantrekkelijk kunnen maken. Het is verbazingwekkend overvloediger dan lithium, zegt Dahn. Ik denk dat het iets is dat heel belangrijk is om in de toekomst aan te werken. Ik hoop dat [de] DOE ook het niet-waterige werk financiert.
Tot dusver bevindt het werk van Whitacre zich in een vroeg stadium. Hij heeft kleine batterijcellen gedemonstreerd in het lab en heeft: gearchiveerd voor een patent dat de technologie dekt. Hij heeft niet bekendgemaakt welke materialen hij zal gebruiken voor de elektroden en de elektrolyt, en het is te vroeg om specifieke cijfers over de kosten te geven, zegt hij. De volgende stappen omvatten het maken van grotere prototypebatterijen. Een deel van de prijs van $ 5 miljoen gaat naar Carnegie Mellon voor fundamenteel onderzoek.