Yakın zamanda yayınlanan bir araştırmaya göre, yeni bir pil tasarımı, Dünya'da bol miktarda bulunan metalleri kullanarak yenilenebilir enerjinin ülkenin elektrik şebekesine daha düşük maliyetle entegrasyonunu kolaylaştırmaya yardımcı olabilir. Enerji Depolama Malzemesis. Enerji Bakanlığı liderliğindeki bir araştırma ekibi Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı, düşük maliyetli metaller sodyum ve alüminyum ile inşa edilen bir şebeke enerji depolama bataryası için yeni tasarımın, daha güvenli ve daha ölçeklenebilir bir sabit enerji depolama sistemine giden bir yol sağladığını gösterdi.

Bir malzeme bilimcisi olan Guosheng Li, "Bu yeni erimiş tuz pil tasarımının, diğer geleneksel yüksek sıcaklıklı sodyum pillerden çok daha hızlı şarj etme ve boşaltma, daha düşük bir sıcaklıkta çalışma ve mükemmel bir enerji depolama kapasitesini koruma potansiyeline sahip olduğunu gösterdik" dedi. PNNL'de ve araştırmanın baş araştırmacısı. "Bu yeni sodyum bazlı kimyayla, piyasada bulunan yüksek sıcaklıklı sodyum pil teknolojilerinden 100 °C'nin [212 °F] üzerinde daha düşük sıcaklıklarda ve Dünya'da daha bol malzeme kullanırken benzer bir performans elde ediyoruz."

Burada gösterilen, yenilenebilir kaynaklardan enerji toplayan şebekeye bağlı bir pil, enerjisini talep üzerine akıllı şebeke teknolojisi aracılığıyla elektrik şebekesine besleyebilir. (Animasyon, Sara Levine | Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı)

Daha fazla enerji depolama sağlandı

Bu araştırmayı destekleyen DOE'nin Elektrik Ofisi, Enerji Depolama Programı yöneticisi Imre Gyuk, "Düşük maliyetli, yurt içinde bulunabilen malzemelerle üretilen bu pil teknolojisi, bizi ulusumuzun temiz enerji hedeflerine ulaşmaya bir adım daha yaklaştırıyor" dedi.

Yeni sodyum bazlı erimiş tuz pili, iki farklı reaksiyon kullanır. Ekip daha önce nötr bir erimiş tuz reaksiyonu bildirmişti. Yeni keşif, bu nötr erimiş tuzun, asidik bir erimiş tuza başka bir reaksiyona girebileceğini gösteriyor. En önemlisi, bu ikinci asidik reaksiyon mekanizması pilin kapasitesini artırır. Spesifik olarak, yüksek akımda 345 şarj/deşarj döngüsünden sonra bu asidik reaksiyon mekanizması, tepe şarj kapasitesinin yüzde 82.8'ini korudu.

Bir pilin deşarj sürecinde verebileceği enerjiye özgül enerji yoğunluğu denir ve "kilogram başına watt saat" (Wh/kg) olarak ifade edilir. Pil erken aşamada veya "düğme pil" testinde olmasına rağmen, araştırmacılar bunun pratikte 100 Wh/kg'a kadar enerji yoğunluğuyla sonuçlanabileceğini tahmin ediyor. Karşılaştırıldığında, ticari elektronik ve elektrikli araçlarda kullanılan lityum iyon pillerin enerji yoğunluğu 170–250 Wh/kg civarındadır. Bununla birlikte, yeni sodyum-alüminyum pil tasarımı, Amerika Birleşik Devletleri'nde çok daha fazla miktarda bulunan malzemelerden ucuz ve kolay üretilebilir olma avantajına sahiptir.

Li, "Optimizasyonla, özgül enerji yoğunluğunun ve yaşam döngüsünün daha da yükseğe ve daha uzun süreye ulaşmasını bekliyoruz" diye ekledi.

Sodyum pil cesaretini gösterir

Gerçekten de, PNNL bilim adamları, ABD merkezli yenilenebilir enerji öncüsünde meslektaşları ile işbirliği yaptı. Nexeris Pili monte etmek ve test etmek için. Nexceris, yeni işletmeleri aracılığıyla Adena Gücü, pilin performansını test etmek için patentli katı hal, sodyum bazlı elektrolitlerini PNNL'ye sağladı. Bu çok önemli pil bileşeni, sodyum iyonlarının, şarj olurken pilin negatif (anot) tarafından pozitif (katot) tarafına geçmesine izin verir.

"Bu teknoloji için birincil hedefimiz, düşük maliyetli, günlük güneş enerjisinin 10 ila 24 saatlik bir süre boyunca elektrik şebekesine geçişini sağlamaktır" dedi. Vince Sprenkle, enerji depolama sistemleri ve ilgili teknoloji için 30'dan fazla patentli tasarıma sahip bir PNNL pil teknolojisi uzmanı. "Bu, hakkında düşünmeye başlayabileceğimiz tatlı bir nokta. daha yüksek yenilenebilir enerji seviyelerini entegre etmek rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan gerçek şebeke esnekliği sağlamak için elektrik şebekesine entegre edin.”

Sprenkle, bu pilin yeni esnek tasarımını geliştiren ekibin bir parçasıydı. ızgara ölçeğinde gösteri boyutu. Daha da önemlisi, bu düz hücre tasarımı, araştırmacıların laboratuvar koşullarında 28.2 saatlik sürekli deşarjlı üçlü kapasiteli bir hücreyi göstermek için bu çalışmada yararlandıkları daha kalın bir katot kullanılarak hücre kapasitesinin artırılmasına olanak tanır.

Lityum-iyon piller de dahil olmak üzere mevcut pil teknolojilerinin çoğu, kısa süreli enerji depolaması için çok uygundur. 10 saatten fazla enerji depolama talebini karşılamak için, mevcut son teknoloji pil teknolojilerinin ötesinde yeni, düşük maliyetli, güvenli ve uzun süreli pil konseptlerinin geliştirilmesi gerekecektir. Bu araştırma, bu amaca yönelik umut verici bir laboratuvar ölçeğinde gösteri sunuyor.

Bir ızgara esnekliği temasında varyasyon

Yenilenebilir enerji tarafından üretilen enerjiyi depolama ve talep üzerine elektrik şebekesine salma yeteneği, birçok yeni tasarımın dikkat çekmek ve müşteriler için rekabet etmesiyle birlikte pil teknolojisinde hızlı ilerlemeler sağladı. Her yeni varyasyon, kendi niş kullanımının taleplerini karşılamalıdır. Bazı piller, PNNL'nin donma-çözülme pil tasarımına sahip olanlar gibi, mevsimsel olarak üretilen enerjiyi aylarca depolayabilir.

Sezonluk bir aküyle karşılaştırıldığında, bu yeni tasarım özellikle 12 ila 24 saatin üzerinde kısa ve orta vadeli şebeke enerjisi depolamada ustadır. Sodyum metal halojenür pil denen şeyin bir çeşididir. Sistemin bir parçası olarak bir nikel katot kullanan benzer bir tasarımın ticari ölçekte etkili olduğu gösterilmiştir ve hali hazırda piyasada mevcuttur.

Li, "Nispeten az bulunan ve pahalı bir element olan nikel ihtiyacını pil performansından ödün vermeden ortadan kaldırdık" dedi. "Nikel yerine alüminyum kullanmanın bir diğer avantajı, alüminyum katodun daha hızlı şarj olması, bu çalışmada gösterilen daha uzun deşarj süresi sağlamak için çok önemlidir."

Bu dönüm noktasına ulaşıldığında ekip, yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla dahil edilmesi için şebeke esnekliğini büyük ölçüde artırabilecek olan deşarj süresini artırmak için daha fazla iyileştirmeye odaklanıyor.

Ve daha düşük bir sıcaklıkta çalıştığı için, geleneksel yüksek sıcaklıklı sodyum pillerde olduğu gibi daha karmaşık ve pahalı bileşenler ve işlemler gerektirmek yerine, ucuz pil malzemeleriyle üretilebileceğini söyledi. David Reed, bir PNNL pil uzmanı ve çalışmanın ortak yazarı.

Daha düşük maliyetle daha fazla şebeke enerjisi depolama

2023 yılında, şebeke enerji depolaması için en son teknoloji kullanılarak lityum iyon piller Sprenkle, yaklaşık dört saatlik enerji depolama kapasitesi olduğunu söyledi. "Malzemeler ve üretim için beklenen maliyet hedeflerine ulaşabilirsek, bu yeni sistem depolanan enerji kapasitesi miktarını önemli ölçüde artırabilir" diye ekledi.

Araştırmanın bir parçası olarak araştırmacılar, ucuz hammaddelere dayalı bir sodyum-alüminyum pil tasarımının, aktif malzemeler için kWh başına yalnızca 7.02 ABD dolarına mal olabileceğini tahmin ettiler. Optimizasyon ve pratik enerji yoğunluğunun artırılması yoluyla, bu maliyetin daha da düşürülebileceğini öngörüyorlar. Bu gelecek vaat eden düşük maliyetli, şebeke ölçekli depolama teknolojisi, rüzgar ve güneş enerjisi gibi aralıklı yenilenebilir enerji kaynaklarının ülkenin elektrik şebekesine daha dinamik bir şekilde katkıda bulunmasını sağlayabilir.

Bir sodyum katı hal pil üreticisi olan Adena Power'ın başkanı ve çalışmanın ortak yazarı Neil Kidner, sodyum bazlı pil teknolojisini ilerletmek için PNNL ile işbirliği yapıyor. "Bu araştırma, sodyum elektrolitimizin yalnızca patentli teknolojimizle değil, aynı zamanda bir sodyum-alüminyum pil tasarımıyla da çalıştığını gösteriyor" dedi. "PNNL araştırma ekibiyle sodyum pil teknolojisini geliştirmeye yönelik ortaklığımızı sürdürmeyi dört gözle bekliyoruz."

Araştırma, DOE Elektrik Ofisi ve Kore Enerji Teknolojisi Değerlendirme ve Planlama Enstitüsü'nün Uluslararası İşbirlikçi Enerji Teknolojisi Ar-Ge Programı tarafından desteklenmiştir. Elektrolit geliştirme, bir DOE Küçük İşletme İnovasyon Araştırma programı tarafından desteklenmiştir. Nükleer manyetik rezonans ölçümleri, Biyolojik ve Çevresel Araştırma programı tarafından desteklenen bir DOE Office of Science Kullanıcı Tesisi olan EMSL, Çevresel Moleküler Bilimler Laboratuvarı'nda yapıldı.

PNNL'nin şebeke modernizasyon araştırması ve 2024'te açılacak olan Grid Storage Launchpad hakkında daha fazla bilgi edinin.

Nezaket Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://cleantechnica.com/2023/02/07/new-sodium-aluminum-battery-aims-to-integrate-renewables-for-grid-resiliency/