Пет ключови проблема на натриево-сернистите батерии

С непрекъснатото развитие на технологията за натриево-сернисти (NaS) батерии все още има някои съмнения относно нейната търговска жизнеспособност в краткосрочен план. За да се отговори на тези опасения, Science Times интервюира изследователите, участващи в разработването на натриево-серни батерии, включително професорите Wen Zhaoyin, Liu Yu и старши инженер Cao Jiadi от Шанхайския институт по силикати, Китайска академия на науките. Тук е представен подробен анализ на петте основни проблема, свързани с натриево-серните батерии.

Въпрос 1: Опасения за безопасността

"Опасенията за безопасността са по-скоро свързани с експлоатационната надеждност."

Съмнения: Натрий-сяра батерии работят при температури между 300°C и 350°C. Ако керамичният диелектрик се повреди и предизвика късо съединение, високотемпературните течни натрий и сяра ще влязат в директен контакт помежду си, предизвиквайки бурна екзотермична реакция и генерирайки температури до 2000°C, което е изключително опасно.

Уен Чжаоин: Откакто NGK Corporation започна пилотни операции през 1992 г., в Япония са създадени над 100 станции за съхранение на енергия от натриево-серни батерии и за 18 години е имало само един инцидент с пожар. Този инцидент се е самопогасил преди пристигането на пожарната и е класифициран като незначителен инцидент. Японските медии широко отразяват натриево-сернистите батерии, за да променят общественото възприятие и да ги приемат. Всъщност всички системи за съхранение на енергия по своята същност носят рискове за безопасността, тъй като са системи за концентриране на енергия. Въпреки това, тъй като натриево-серовите батерии използват твърди керамични сепаратори без газ, те не експлодират. В сравнение с някои други видове батерии, натриево-сернистите батерии имат много по-нисък брой инциденти. За да се предотврати директният контакт между натрий и сяра, натриево-сернистите батерии са проектирани с множество мерки за безопасност, за да се гарантира, че дори керамичният материал да бъде повреден, батерията няма да протече или да предизвика други проблеми с безопасността. Досега не са възникнали инциденти, свързани с безопасността, при натриево-сернистите батерии, разработени от Шанхайския институт по силикати, и в момента се провеждат дългосрочни тестове за надеждност.

Въпрос 2: Продължителност на живота

"След като се използват практични материали и компоненти, животът на продукта може да достигне 10 години."

Съмнения: Сравнително краткият живот на натриево-сернистите батерии се отразява на тяхната рентабилност и възпрепятства търговското им приложение.

Уен Чжаоин: За разлика от други батерии, натриево-сернистите батерии нямат странични реакции, а активните им материали могат да се използват обратимо, без да се изразходват. Въпреки това металните компоненти, работещи при високи температури в серни и сулфидни среди, могат да корозират, което се отразява на продължителността на живота на батерията. Поради това в натриево-серни акумулатори се използват специални антикорозионни мерки за металните компоненти. Очакваната продължителност на живота на натриево-серни батерии батерии която се изпитва в Шанхайския институт по силикати, е 8 години, като първоначалните нива на разграждане са подобни на тези в Япония. След като индустриализацията напредне и се обърне внимание на съответствието на материалите и батериите, продължителността на живота може да достигне 10 и повече години. Понастоящем продуктите в Япония са с продължителност на живота около 15 години.

Въпрос 3: Контрол на температурата

"Модулът има отлична изолация, което му позволява да поддържа ниска консумация на енергия за определен период от време."

Съмнения: Натриево-сернистите батерии изискват температури над 300°C, за да стартират, което създава проблеми с изолацията и консумацията на енергия. Дългото време за стартиране ограничава приложението им.

Cao Jiadi: Натриево-сернистите батерии поглъщат енергия по време на зареждане и изискват допълнително електричество за загряване. По време на разреждането обаче генерираната топлина е достатъчна, за да се поддържа необходимата работна температура. Освен това батерийните модули, разработени от Шанхайския институт по силикати, имат отлична изолация, като поддържат температурата дори без външно нагряване. Продуктите на NGK се нуждаят от около половин месец, за да се охладят от работна до стайна температура, и могат да поддържат работа с ниска мощност до една седмица след загуба на захранване.

Въпрос 4: Изхвърляне на батерии

"Япония вече е създала доста развита технология за рециклиране."

Съмнения: Повредените батерии се изхвърлят трудно, което е една от слабостите на натриево-сернистите батерии.

Лиу Ю: Натрий-сяра батерии се различават от другите видове, тъй като могат да се разглобяват, което означава, че степента им на рециклиране е по-висока. Керамичните компоненти и съединенията на натрий и сяра са несъвместими и могат да бъдат напълно отделени за рециклиране. Натриево-сернистите съединения могат също така да бъдат обратимо разложени на натрий и сяра. Другите метални компоненти също подлежат на рециклиране. Япония е създала добре развита система за рециклиране, а Шанхайският институт по силикати е започнал разработването на чисти технологии за рециклиране, които позволяват възстановяването и повторното използване на натрий, сяра и метални компоненти. Необходими са обаче допълнителни изследвания, за да се определи как ефективно да се рециклират батериите с натрий и сяра в Китай.

Въпрос 5: Разходи

"Нашите цени няма да бъдат по-високи от тези в Япония."

Съмнения: Може ли цената на натриевата сяра за вътрешния пазар батерии да бъде намален до ниво, което позволява търговска употреба?

Уен Чжаоин: Сред батериите за съхранение на енергия с голям капацитет, освен оловно-киселинните батерии с относително ниска производителност, натриево-сернистите батерии са най-достъпни. Според японски данни литиево-йонните батерии са около три пъти по-скъпи от натриево-серните, а проточните батерии също са по-скъпи. Така натриево-сернистите батерии имат ценово предимство. Освен това суровините за натрий, сяра и керамика са в изобилие и евтини в природата, а натрият и сярата имат малко специални приложения, което намалява нестабилността на цените. Китай все още не е постигнал мащабни търговски приложения, така че цената остава несигурна. Въпреки това цената вероятно ще намалее с увеличаване на промишлеността и напредъка в производството. Цената на продуктите на NGK е около 2000-2500 RMB за kWh и местните продукти няма да бъдат по-скъпи от чуждестранните.

Заключение

Въпреки че натриево-сернистите батерии се сблъскват с предизвикателства по отношение на безопасността, продължителността на живота, температурния контрол, рециклирането и разходите, те са многообещаващи като решение за съхранение в бъдеще. Технологичните усъвършенствания постепенно преодоляват тези предизвикателства и бъдещето на натриево-серниковите батерии в системите за съхранение на енергия и електрозахранване остава обещаващо, тъй като разходите продължават да намаляват, а надеждността да се увеличава.