溶融塩電池

溶融塩電池

Molten Salt Battery

https://www.gvm.co.jp/ より　　　2020.11.03

　今日の熱電池は二硫化鉄または二硫化コバルトとリチウム・シリコンまたはリチウム・アルミニウム合金で構成された陰極を利用している。安価で可燃性の溶融塩は電池に印象的なエネルギー貯蔵と電力能力および長いサイクル寿命を与えるのに役立つ。51 Mw風力発電用の34 MW NaS設備。作動中、陰極、陽極および電解質の層は、それらの相対密度と非混和性のために分離する。1983年に東京電力と日本ガイシは電力網貯蔵用の解決策としてNaS電池システムの可能性を認識し、技術の研究開発を始めた。ヒューズ管は電流を流す導火爆管によって点火される。報告書はまた、太陽光発電技術は、人間が太陽エネルギーを利用し、このエネルギー需要を満たす必要があるという点に既に到達していることを明らかにした。ドイツ、イタリア、スペインでは、太陽光発電は既に電力網対応を達成しており、ドイツが先頭に立って電力の45％を太陽から生産している。現実の世界では、システム・コストは約5倍高くなる。放電時にはMgは酸化反応を行いMg²⁺となって電解質に溶け、2つの自由電子が外部回路に放出される。塩の特徴は、イオンが自由に移動できるため液体状態でこれらが誘導されることである。

スマート・グリッドの電池：圧縮空気はどうであるか？溶融塩電池は溶融塩電解質を使う電池の一種である。溶融塩電池の成分は室温では固体で、長期間不活性状態で保存される。中央の溶融塩層はイオン伝導度の高い電解質として機能し、電池の充放電中にイオン種が移動する媒体である。溶融塩は金属酸化物を溶かす能力を持っている。

　熱電池はAIM-9サイドワインダー、BGM-109トマホーク、MIM-104パトリオットなどのミサイル用の主要な電力源として使われている。塩と電極は異なった密度と非混和性によってそれぞれ分離する。クリーン･エネルギーに関して言えば、風力、太陽光、潮力などの再生可能エネルギー源の断続的な性質は電力網管理にとって難しい問題を提示する。しかし、古い化学物質はマグネシウムまたはカルシウムの陽極とクロム酸カルシウム、酸化タングステンまたはバナジウムの陰極を利用していた。

　1966年にフォード自動車会社は電気自動車用のナトリウム－硫黄液体金属電池を発明した。GEのDurathon電池は固定目的と電気バスを含む電気自動車の両方に使用される。アンチモンは現在1モル当たり約1.23米ドルで販売されており、アルカリ土類の陰極と併用すると高いセル電圧が得られる。再生可能エネルギー源が普及し、化石燃料の排出を抑制する必要性が高まるにつれて、新しい電力網エネルギー貯蔵解決策を見つけることがこれまで以上に重要になっている。槽は発電機を10時間稼働させるに十分な溶融塩を保持している；これは1,100 MW時の貯蔵、つまり最大のリチウム・イオンよりもほぼ10倍に相当する…それらは充電できない溶融塩電池である。溶融塩電池は陰極材料12の主成分が硬質炭素などの炭素である陰極1を備える。タービンは最大効率で断続的に作動しないため、悪天候は問題を悪化させるだけである。833 EUR/KWhelと25 EUR/kWhを比較すると、溶融塩の貯蔵が電池より33分の1であることを表は示している。典型的な設計はクロムとモリブデンの内部で保護された鋼製シリンダーに入れられた陰極と陽極の間の固体電解質膜を含む。電池は本質的に3つの液相を含む容器であるため、構造はより重い金属を底部に、電解質を中央に、そしてより軽い電極を上部に注ぐのと同じくらい簡単である。この設計の主な欠点は構成成分を液体状態に保つために必要な高い作動温度である。集光型太陽光発電プラントで使用される溶融塩蓄熱の低コストを活用して、石炭火力発電所が蓄熱池へのその様な改造は石炭火力発電所が優雅に引退するための金銭的インセンティブを提供することによって道を容易にする。比エネルギーは90 Wh/kgで、特に安定したβアルミナ固体電解質であり、NaSよりも耐食性が向上している。多段フラッシュ蒸発と多重効用蒸発は、熱エネルギーが直ぐに利用できて安価な世界の一部で人気がある。溶融塩電池は同時代の固体電池に比べて、いくつかの固有な利点がある。

よくある質問

　溶融塩電池は溶融塩を電解質として使用し、高出力と高エネルギー密度を提供する電池システムの一種である。リチウムは180℃という非常に低い温度で溶融し、ハロゲン化リチウム塩との溶解度が低く、その後、自己放電の可能性が低くなる。

彼女はElectricalfundablogの著者、編集者、コア・パートナーである。しかし、電力網規模の使用では、これらの高温は充放電サイクル中に発生する熱を使用して簡単に維持できる。Na-NiCl₂電池の通常の動作温度範囲は270 – 350 ℃の範囲であるが、ある会社、住友は61 ℃で溶けて90 ℃で動作する塩を使用する同様の化学を開発することができた；彼等は当初、2015年後半に商業試験を予定していたため、市場でどのように機能するかは時が経てば分る。溶融塩電池は太陽光発電所と風力発電所からのエネルギーを蓄え電力網に供給する。ナトリウム－硫黄電池は安価で豊富な材料から製造されている。

　設計には一般的に2つのタイプがある。これらの技術は、水を蒸発させ、問題のあるかん水を排出させ、水の回収率を比較的低くするために大量の熱エネルギー入力を必要とする。動作温度が高くなると、腐食速度が速くなり総保管効率が低下し、電池の寿命全体にわたってコストが増加するため望ましくなかった。実験室環境では、材料の価格は50 – 100ドル/kWhまたは50 – 400ドル/kWで、エネルギー密度は70 – 100 mA/cm²である。各1MW×6 MWhの標準電池システムには300 – 350 ℃の動作温度範囲で50 kWACを供給できる20個のモジュールが含まれている。塩の特徴は、イオンが自由に動くことができるので、これらが液体状態で誘導されることである。共晶電解質も臭化リチウムを使用しており、臭化カリウムもサイクル寿命を伸ばすために使用されている。

　合意MatchMakingツールのナトリウム－硫黄電池は高効率(通常89％以上)であるが、300 ℃以上に加熱する必要がある。必要とされる高い動作温度はより低い温度でのナトリウム－硫黄電池に関する多くの研究につながった。ZEBRA電池は溶融塩電池の一例である。動作中陰極、陽極、および電解質の層はそれらの相対密度と非混和性のために分離している。リチウムの需要が高く、埋蔵量が限られているため電解質としてのナトリウムは供給量が多く低コストであるため魅力的な代替品である。溶融塩電池(液体金属電池を含む)は電解質として溶融塩を使用し、高エネルギー密度と高電力密度の両方を提供する電池のクラスである。

　世界最大の企業であるオランダはエネルギー貯蔵事業にも携わっている。VC資金による熱電池はCSP溶融塩エネルギー貯蔵に基づいている。液体金属電池は電力網用途用に設計された新しいタイプの溶融塩電池である。一方、1985年に南アフリカのプレトリアで科学産業研究評議会のJohan Coetzer博士が率いるゼオライト電池研究アフリカ・プロジェクト(ZEBRA)が最初の塩化ナトリウム・ニッケル電池を発明した。どちらの形態のニッケル電極も液体状態では不活性であり、ナトリウム伝導性のβアルミナ・セラミックがセパレーターとして使用される。塩を溶融状態に保ち反応速度を促進させるには比較的高い動作温度(300 ℃以上)が必要である。電力網規模のエネルギー貯蔵への投資に費やされるお金はより優れた再生可能エネルギー技術に費やされるお金よりも大きな重みを持つ。m-MSRは最大の船に電力を供給し、小型の船のために環境に優しい持続可能な燃料を生産できる。その結果、2011年9月に発売された溶融塩電池「デュラトン」は携帯電話のタワーなどにバックアップ電源を提供する。ピーク・エネルギー生産はピーク・エネルギー需要と十分に相関しないことが多く、消費量が少ないときに過剰なエネルギーを貯蔵する手段が必要になる。膜やセパレーター・システムが含まれていないため、サイクル寿命が長くなりエネルギー効率を長期間維持できる。それは市場のダイナミクスを形作る主要な成長ドライバー、制約、および機会を深く探求する。GEのDurathon電池は固定目的と電気バスを含む電気自動車の両方に使用される。電池はエネルギー密度が高く(290 Wh/L)、冷却スペースを必要としないため小さく、当社の溶融塩は融点が61 ℃であり、電池を使用するには90 ℃に加熱する必要がある。持ち運びに便利で、可動部分がない小型用に設計されている。Durathon電池はナトリウム電池とリチウム電池の両方で構成されている。日本では、多くのNaSが電力網でエネルギー貯蔵として使われている。

　溶融塩炉は様々な価値のある用途に使用できる経済的な高温プロセス熱を発生させる。Aquionのデータは切り上げられているようである。スマートグリッドに毎日供給する再生可能エネルギー貯蔵が必要なため、エネルギーの需要は高くなっている。日本ガイシと三菱電機は日本の太陽光発電への切り替えを支援するために九州電力のために50,000キロワットの電池システムを構築している。充電中は逆になり、電流がMgをMg-Sb合金に駆動し、液体Mgとして上部の陰極に戻す。ナトリウム・コアはβアルミナ固体電解質(BASE)シリンダーに入れられており、2つの電極が短絡するのを防ぎながら陰極として機能する外部硫黄電極へのNa⁺イオンの移動を促進する。

　電力網規模のエネルギー貯蔵会社であるAmbriは鉛アンチモンとリチウム液体金属電池が10年間の毎日の充放電サイクルにわたって初期効率の85％を維持する必要があることを以前に示した。Sadowayの液体金属電池は材料のコストが安く、エネルギー効率が高いため電力網貯蔵用途に特に魅力的である。GEは世界最大の企業の1つであり、エネルギー貯蔵事業にも携わっている。Ambriからのデータは1.25のペクレ数と15,000サイクルの寿命をもたらす。ブレークスルーは特に高効率と長寿命との組み合わせで、荷崩れの目的に適した材料につながる。原子力も同様の問題を抱えている。彼女は活発なウェエブ・デザイナーでもある。溶融塩電池。しかし…数字の不確実性が結果に大きな影響を与えていることに注意する必要がある。我々はメディア・パートナーとして歓迎しよう。日本ガイシは現在、成功を収めている電力網貯蔵NaS電池のラインを運営しており、北アメリカ、アジア、ヨーロッパにサービスを提供する世界最大の電力網規模電池供給者と見做されている。現在、JavaScriptが無効になっている。したがって、現在の設計では液体リチウム陽極、電解質としてのリチウム塩の溶融混合物、および新しい電極の融点が低いために450 ℃の低温で動作できる鉛入りアンチモン陰極を使用している。Aquion Energyの電池は鉛蓄電池の2倍の長さしかないのと同じくらい高価である。セルの中心にある溶融ナトリウムは外部回路に電子を提供する陽極として機能する。MITによる最近の2015年の出版物「将来の太陽エネルギー」で、人類は今日様々なエネルギー源から15テラワットの電力を消費していることが明らかになった。マグネシウムは当初、低コストで溶融塩電解質との溶解度が低いために選択されたが、700 ℃という高い動作温度により2011年に化合物をリチウム・ベースの陽極に切り替えるようになった。

　エネルギー貯蔵は再生可能エネルギー源のメリットを完全に享受するための世界のパズルの最後のピースであることが明らかになった。1つ目は熱ペレットの端に沿ってセラミック・ペーパーにジルコニウム金属粉末とクロム酸バリウムを入れたヒューズ片を使用して燃焼プロセスに点火することである。個の設計は斬新であるが、まだ大規模な商用電力網貯蔵用途が見られておらず、電池の研究開発において引き続きホットな話題となっている。

　以下と本文中、一部省略。