Eine aktuelle Studie wurde gerade von US-Wissenschaftlern veröffentlicht, denen es gelungen ist, eine Aluminium-Nickel-Schmelzsalzbatterie das über einen Zeitraum von bis zu 12 Wochen über 90 % seiner Anfangskapazität behalten kann. Mit einer Energiedichte von 260 W/Stunde pro kg, die neue Batterie wurde mit einer Aluminiumanode und einer Nickelkathode gebaut, die in einen geschmolzenen Salzelektrolyten getaucht waren.
Die Studie wurde im Journal veröffentlicht Zellberichte Physik.
Der Durchbruch wurde von Wissenschaftlern des US-Energieministeriums entwickelt Pacific Northwest National Laboratory PNNL, und wurde von seinen Entwicklern als kleiner Prototyp einer „Frost-Tau-Batterie“ beschrieben. Diese Batterie ist in der Lage, ihre Selbstladefunktionen im Leerlauf abzubrechen.
„Es ist ähnlich, als würde man im Frühling Lebensmittel in seinem Garten anbauen, das Überschüssige in einen Behälter in den Gefrierschrank stellen und es dann im Winter zum Abendessen auftauen“, erklärte die Forscherin Minyuan Miller Li.
Die neue Batterie kann aufgeladen werden, indem sie auf etwa 356 Grad Fahrenheit 180 Grad Celsius erhitzt wird, wodurch Ionen durch ihren flüssigen Elektrolyten fließen können. Es kann dann sein wieder auf Raumtemperatur gebracht und der Elektrolyt wird fest, wodurch die Ionen eingefangen werden, die die gespeicherte Energie transportieren, wodurch der Ladezyklus effektiv angehalten wird.
„Das Frost-Tau-Phänomen ist möglich, weil der Elektrolyt der Batterie geschmolzenes Salz ist – ein molekularer Cousin von gewöhnlichem Speisesalz. Das Material ist bei höheren Temperaturen flüssig, aber bei Raumtemperatur fest“, sagten die Wissenschaftler.
Die Batterie kann wieder aufgeheizt werden, da die Ionen wieder durch den Elektrolyten fließen, wenn Energie benötigt wird.
Um die Speicherkapazität der Batterie zu erhöhen, wurde dem Elektrolyten auch Schwefel zugesetzt.Ein keramischer Separator wurde zwischen Anode und Kathode eingebettet, um einen Bruch während des Gefrier-Tau-Zyklus zu vermeiden.
„Die PNNL-Batterie verwendet einfaches Fiberglas, was aufgrund der stabilen Chemie der Batterie möglich ist. Dies senkt die Kosten und macht die Batterie robuster, wenn sie Frost-Tau-Wechsel durchläuft“, sagte das Forschungsteam.
Laut der Studie kann die Batterie über einen Zeitraum von 12 Wochen 92 % ihrer Anfangskapazität behalten und gleichzeitig eine hohe Energiedichte beibehalten.
„Die Energie der Batterie wird zu Materialkosten von etwa 23 US-Dollar pro Kilowattstunde gespeichert, gemessen vor einem jüngsten Anstieg der Nickelkosten“, sagten die Studienmitglieder. „Das Team untersucht die Verwendung von Eisen, das weniger teuer ist, in der Hoffnung, die Materialkosten auf rund 6 US-Dollar pro Kilowattstunde zu senken, etwa 15-mal weniger als die Materialkosten heutiger Lithium-Ionen-Batterien", schlossen sie.
Studienzusammenfassung:
„Die Speicherung von saisonalen Überschüssen auf Netzebene kann ein wichtiger Vorteil für erneuerbare Elektrizität sein. Durch die Anwendung der Frost-Tau-Temperaturwechselstrategie berichten wir hier über Al-Ni geschmolzenes Salz Batterien mit einer effektiven Kapazitätswiederherstellung von über 90 % nach einem Zeitraum von 1–8 Wochen als Proof-of-Concept. Wir untersuchen drei Aktivierungsmethoden der Nickelkathode in einer Salzschmelzebatterie: 1 Wärmebehandlung der KathodeGranulat unter H2/N2, 2 enthält ein teilweise geladenes NiCl2/Ni-Kathode und 3 Dotierung der geschmolzener Salzelektrolyt mit Schwefel. Insbesondere die Schwefeldotierung, eine kosteneffiziente Methode, die sich für großtechnische Anwendungen eignet, ist nicht nur wirksam bei der anfänglichen Aktivierung der Ni-Kathode, sondern auch von unschätzbarem Wert für die Energieerhaltung während der Temperaturwechselbeanspruchung. Insgesamt schmelzen diese Al-NiSalzbatterien zeigen unter thermischen Zyklen eine hohe Beibehaltung der Zellkapazität über Wochen und geben die Richtung für Skalierbarkeit vor saisonale Lagerung."