211service.com
Natriumjonceller för billig energilagring
En ny typ av natriumjonbatteri kan visa sig vara ett praktiskt alternativ för att lagra kraft från vind- och solkraftsparker, säger Jay Whitacre , professor i materialvetenskap och teknik vid Carnegie Mellon University. Whitacres startup, 44 Tech, baserad i Pittsburgh, PA, kommer att få 5 miljoner dollar från U.S. Department of Energy, som en del av 2009 års återhämtningslag, för att utveckla tekniken. Finansieringen, som tillkännagavs förra veckan, är en del av ett paket på 620 miljoner dollar för att förbättra elnätet.
Startupens batterier kan inte bara vara billigare utan också hållbara än befintliga batterier, säger Whitacre. Detta skulle göra dem särskilt användbara för att lagra stora mängder el billigt - något som kommer att vara avgörande för att göra förnybar energi till den primära energikällan i USA, snarare än bara den extra källan den är nu. Sådan lagring kommer att göra det praktiskt att lagra energi från vindkraftverk och solenergiparker för användning när vinden inte blåser och solen inte skiner.
Whitacres natriumjonceller liknar på vissa sätt litiumjonceller - den typ som används i bärbar elektronik och i vissa elfordon. I båda typerna av celler flyttas joner mellan batteriets positiva och negativa elektroder under laddning och urladdning, med en elektrolyt som fungerar som medium för att flytta dessa joner. Men eftersom natrium är rikligare än litium är det billigare att använda. För att göra cellerna ännu billigare planerar Whitacre att driva dem vid lägre spänningar, så att vattenbaserade elektrolyter kan användas istället för organiska elektrolyter. Detta borde ytterligare minska tillverkningskostnaderna, eftersom vattenbaserade elektrolyter är lättare att arbeta med.
Bytet till vattenbaserade elektrolyter skulle också kunna göra det möjligt att eliminera mycket av stödmaterialet som behövs i konventionella litiumjonceller, vilket återigen minskar kostnaderna. Detta beror på att ökad jonledningsförmåga gör det möjligt att använda tjockare elektroder med färre lager av separerande och strömsamlande material inuti cellen.
I princip kan ett natriumjonsystem vara billigt, och med vattenhaltiga elektrolyter kan det vara riktigt billigt, säger Jeff Dahn , professor i fysik och kemi vid Dalhousie University i Nova Scotia, Kanada.
Forskare har undersökt natriumjonbatterier tidigare, även om de vanligtvis har använt högspänningar och organiska elektrolyter. Att använda lägre spänningar minskar mängden energi som batterierna kan lagra – ett problem för elfordon, där utrymme och vikt är begränsad. Men för stationära applikationer som att lagra förnybar energi handlar det om kostnad, säger Whitacre.
Dahn hävdar att natriumjonceller inte bör utvecklas bara för storskalig ellagring. Natriumjonbatterier med högre spänning kan så småningom visa sig vara en mycket bättre lösning än litiumjonbatterier för elfordon, säger han. Hittills har dock mycket lite forskning gjorts på dem i förhållande till litiumjonbatterier. Faktorer som har hållit forskare borta – som den stora storleken på natriumjoner och effekten detta har på mängden ström som batterierna skulle kunna leverera – har åtgärdats av de senaste framstegen inom materialtillverkning. Överflödet av natrium kan också göra dessa batterier extremt attraktiva. Det är otroligt rikligare än litium, säger Dahn. Jag tror att det är något som är väldigt viktigt att arbeta med framöver. Jag hoppas att DOE också finansierar det icke-vattenfria arbetet.
Hittills är Whitacres arbete i ett tidigt skede. Han har demonstrerat små battericeller i labbet och har arkiveras för ett patent som täcker tekniken. Han har inte avslöjat vilka material han kommer att använda för elektroderna och elektrolyten, och det är för tidigt att ge specifika siffror om kostnaden, säger han. Nästa steg inkluderar att göra större prototypbatterier. En del av priset på 5 miljoner dollar kommer att gå till Carnegie Mellon för grundforskning.