Birazda, yaygın olmasa da, yalnızca ısıtıldığında çalışan batarya hakkında bilgi edinelim.
Sodyum beta-alümina batarya (NBB), erimiş tuz bataryası veya yüksek sıcaklık seramik bataryası olarak da bilinen sodyum sülfür bataryalar, yalnızca ikincil bataryalar olarak vardır. Batarya, seramik bir katı elektrolit ve sıvı elektrotlardan oluşur ve anodunda sodyum. katodunda da kükürt vardır. Hücre yığınının 270–360 ° C sıcaklığa ısıtılmasıyla yüksek iletkenlik elde edilir.
Bu bataryaların elektrotları oda sıcaklığında katıdır ve bu nedenle soğukta etkisizdir ve bu durumda iken bu bataryalar 50 yıldan fazla depolanabilir. Bataryanın etkinleşmesi için bir ısı kaynağı ile ısıtılarak elektrotlar sıvı hale getirilmelidir. Erimiş tuzun iyi iyonik iletkenliği pilde yüksek güç ve uzun ömür sağlar.
Şarj edilebilir sodyum-kükürt (NaS) piller, 1970’ler ve 1980’lerde dünya çapında büyük ilgi gördü. Günümüzde bu pil, özellikle yüksek kullanım dönemlerinde ek enerji dağıtmak veya gerektiğinde yenilenebilir enerji sağlamak için birçok uygulamada başarıyla kullanılmaktadır.
| Erimiş Sodyum Seramik pil iki ana yapıda üretilir: NaS ve ZEBRA. ZEBRA başlangıçta Afrika Zeolit Batarya Araştırma projesinin kısaltmasıydı ancak şimdi Sıfır Emisyon Batarya Araştırma Faaliyetleri olarak biliniyor. Her iki pil de aşağıdaki özelliklere sahip benzer teknolojilere dayanmaktadır: 1. Elektrolit katı bir beta-alümina seramiktir 2. Anot saf sodyumdan oluşur 3. İyonlar, beta-alümina içinden geçen Na+’dır. 4. Pil performansları 300°C civarında optimaldir. NaS pili, katodun kükürt olması bakımından farklıdır; ZEBRA, genellikle nikel klorür NiCl2 olan sodyum-metal halojenürdür. İkincil bir sıvı elektrolit, genellikle erimiş sodyum tetrakloroalüminat NaAlCl4 olan ZEBRA pillerinin performansını artırır. |  Şekil 1: Erimiş Sodyum Seramik pil |
Katot’ta kullanılan malzeme hücre gerilimlerini belirler: NaS’un nominal voltajı 2V’dir; ZEBRA 2.58V sağlar. Özgün enerji, Li-ion ile karşılaştırılabilir bir seviye olan 200-250Wh/kg’dır. Modern NaS pil üreticileri, bu pillerin 4.500 çevrim ömrü ve 15-20 yıllık bir kullanım ömrü olduğunu söylüyorlar. C-hızlı yükleme, 1/4 ve 1/8 (0.12 ila 0.25C) arasında nispeten düşüktür.
NaS ve ZEBRA piller hızlı şarj edilebilir, toksik değildir ve hammaddeleri bol ve düşük maliyetlidir. Bu piller 10kWh veya daha yüksek boyutlarda gelir; ZEBRA’nın tipik uygulamaları forkliftler, demiryolları, gemiler, denizaltılar ve elektrikli arabalardır. NaS piller tipik olarak istiflemeye izin veren 200kWh modüller halinde gelir.
1967’de Ford Motor şirketi bir arabaya Erimiş Sodyum Seramik pil taktı. “Think City” arabası, bir ZEBRA ya da bir Li-ion pil ile üretiliyordu. Erimiş Sodyum Seramik piller, sıcak bir iklimde çalışırken ve pilin taksiler ve kamyonetler gibi sürekli kullanımda olduğu durumlarda normal pillere göre daha avantajlıdır. Ancak asıl uygulama, şebeke depolama ve Batarya Enerji Depolama Sistemleri (BESS) olarak da bilinen yük dengelemededir.
1989’da Japonya’daki NGK şirketi, erimiş malzemeler arasına ince bir Beta Alümina seramik elektrolit membran ekledi. Seramik membran, negatif erimiş sodyumdan pozitif erimiş sülfüre deşarj sırasında yalnızca pozitif yüklü sodyum iyonlarının geçmesine izin verir.
Şarj bu işlemi işlemi tersine çevirir. 2002 yılında NGK, yenilenebilir enerjinin şebeke desteği için ticari bir NaS sabit pil ile üretime başladı. Şekil 2, böyle bir kurulumu göstermektedir.
Şekil 2: NGK, dünya çapında büyük ızgara ölçekli sodyum sülfür (NaS) pilleri geliştirdi. NaS, toplam elektrokimyasal şebeke depolamasının yaklaşık %3’ünü temsil eder.
Kaynak: NGK
Erimiş Sodyum Seramik pil 270–350°C’de (518–662°F) ısıtılmalıdır. Isı kaybını en aza indiren özel yalıtımla bile ısıtma, kullanılmadığı takdirde günlük pil enerjisinin yüzde 14’ünü tüketir. Ancak günde bir döngü ile, sistemi çalışma aralığında tutmak için omik kayıplar yeterlidir, bu durumda ısıtma gerekmez.
Sahadaki deneyim yılda yaklaşık 300 çevrim için sistemin ısınmasının kayıpların yaklaşık %2’sine karşılık geldiğini göstermektedir. Bir soğuma 3 ila 4 gün sürer; SoC’ye bağlı olarak, yeniden ısıtma yaklaşık 2 gündür.
Yaygın arızalar, daha sonra iletken hale gelen yalıtkanların korozyonu ve ayrıca kendi kendine deşarjı artıran dendritlerin büyümesi nedeniyle elektriksel kısa devrelerdir. ZEBRA pilleri sodyum-kükürtten daha güvenlidir ve elektriksel kısa devre pilin tamamen arızalanmasına neden olmaz.
RWTH, Aachen, Almanya’ya (2018) göre, NaS pil sisteminin maliyeti kWh başına yaklaşık 525$’dır. Fraunhofer IKTS, hücreler için kWh başına 100 € hedef fiyatı ve malzeme maliyetleri kWh başına 30 $’ın altında olan yeni bir ZEBRA pil geliştiriyor.
NaS pil, tam kapasitede 4 ila 8 saat ve daha uzun güç süreleri için uygun bir sahip olma maliyetine sahiptir. Güçlü bir rakip olan Li-ion ise, 1 saat ile 2 saat arası deşarj üstünlüğü ile pazar kazanıyor. Kurşun asitli aküler normalde minimum döngü gerektiren yedek güç kaynağı uygulamaları için kullanılır.
