ナトリウム・ベース電池技術
Sodium Based Battery Technology
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ナトリウム・ベースの電池は、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長く、－40℃～＋60℃のような過酷な環境で動作できる。これらの理由から、風力や太陽光などの断続的なエネルギー源からのエネルギーを貯蔵するなど、エネルギー配電網貯蔵での用途に使用できる。
多くの電池とは異なり、ナトリウム・ベースの電池は、液体ナトリウムが陰極として機能する固体または固体および溶融電解質で構成されている。これらの電池は通常、陽極として機能する容器に入れられた円筒形で構成されている。化学反応は非常に単純で、副反応がなく、往復効率(充電/放電)が最大85％である。
陰極は塩化ニッケル(NiCl2)で、陽極はナトリウム(Na)でできている。電解液はNaAlCl4などのナトリウムのテトラクロロアルミネートで構成されており、セル(および電池)の動作温度が270℃から350℃の間で液体になる。
電池が充電されると、陽極のナトリウム原子がイオンになり、セラミック電解質(ベータAl)を通って移動する。利用可能な自由電子は電流として外部負荷に流れる可能性がある。この工程は放電中に逆になる。
他の高度な電池と比較したNa-NiCl2電池の主な利点は次の通りである：
● エアコンは必要ない
● 高エネルギー密度(セルレベル：328 kWh/m3、142 kWh/トン；完全な電池レベル：170 kWh/m3、120 kWh/トン)
● 長いサイクル寿命(2,000サイクル＠80％の放電深度)と15年以上の長いカレンダー寿命の組み合わせ
● メンテナンス・フリー
● SOC(充電状態)およびSOH(放電状態)の表示、システムのリモート監視
● 原材料のゼロ・エミッションと高いリサイクル性
1990年代半ばから商品化された塩化ナトリウム－ニッケル電池は、EV(電気自転車)やHEV(ハイブリッド電気自転車)バス、トラック、バンに使用されている。静止フィールドでの塩化ニッケル・ナトリウム電池の実装は、その開始段階にある。分散型再生可能発電機(大型PVプラントおよびマイクロ風力タービン)と組み合わせたデモンストレーション・システム、および最大600 Vの電圧での配電網サポートが設計され、現在フィールド・テスト段階にある。
塩化ニッケル・ナトリウム電池の製造には、有毒または危険物は使用されていない。電池はステンレス鋼や道路舗装の生産のために既存の産業内で完全にリサイクル可能である。
この電池は陽極、陰極、および膜が液体である液体金属電池と比較して、陽極と陰極の間に固体電解質膜を持っている。セルは通常、背の高い円筒形の構造物で作られている。セル全体は内部の腐食から通常はクロムとモリブデンで保護された鋼製のケーシングで囲まれている。この外部の容器は陽極として機能し、液体ナトリウムは陰極として機能する。容器の上部は気密性のあるアルミナの蓋で密閉されている。セルの重要な部分はNa+を選択的に伝導するBASE(ベータアルミナ固体電解質)膜の存在である。サイズが大きくなると、セルは経済的になる。商用用途では、セルは熱をより良く保存するためにブロックに配置され、真空断熱ボックスに入れられる。
放電段階では、コアの溶融元素ナトリウムが陰極として機能する。これは、Naが外部回路に電子を供給することを意味する。ナトリウムはベータアルミナ固体電解質(BASE)シリンダーによって陽極として機能する不活性金属から製造された溶融硫黄の容器から分離される。硫黄は炭素スポンジに吸収される。BASEはナトリウム･イオンの伝導性は良好であるが、電子の伝導性が低いため、自己放電を回避する。
セルが放電すると、ナトリウム濃度が低下する。充電中では逆の工程が実行される。実行後、充電および放電サイクルによって生成される熱は、動作温度を維持するのに十分であり、通常、外部ソースは必要ない。
NaS電池は70％以上の効率と、1,500サイクルを超える寿命により、耐久性のある商用電源貯蔵装置を開発するためのパイロット・プロジェクトで使用される。
