باتری سدیم مذاب، راه حلی نو در ذخیره‌ی انرژی
سال‌ها است که از باتری سدیم مذاب برای ذخیره انرژی از منابع تجدیدپذیر، مانند صفحات خورشیدی و توربین‌های بادی، استفاده می‌شود. باوجود این، باتریهای سدیم مذاب موسوم به باتریهای «گوگرد-سدیم» که در بازار وجود دارد، ، نوعاً در دمای 270 تا 350 درجۀ سانتیگراد کار می‌کنند. اما باتری جدیدِ یُد-سدیمِ مذاب (NaI-GaCl3) می‌تواند در دمای بسیار پایین‌ترِ 110 درجۀ سانتیگراد کار کند.
محققان تلاش کرده‌اند دمای عملیاتیِ باتریهای سدیمِ مذاب را تا آنجاکه ممکن است پایین بیاورند. با این کار، چینشِ این باتری‌ها در کنار هم با هزینۀ کمتری انجام می‌شود. در پک کردن این نوع از باتری‌ها، از مواد ارزان قیمت استفاده خواهد شد چرا که باتری‌ها به عایق‌کاریِ کمتری نیاز دارند و می‌توان از سیم‌های بسیار نازکتری برای اتصال باتری‌ها به یکدیگر استفاده کرد.
مواد شیمیایی که در باتری با دمای 290 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می‌گیرد، دیگر در دمای 110 درجه کارایی ندارد. یکی از نوآوری‌های عمده که این باتری‌ها را قادر می‌سازد در دمای پایین کار کنند، بهینه سازی و ساختِ چیزی بود که کاتولیت نام دارد. کاتولیت نوعی مخلوط مایع از دو نمک است که در اینجا، یدید سدیم و کلریدِ گالیوم می‌باشد.
چرا باتری سدیم مذاب جایگزین مناسب است ؟
باتوجه به عملکرد
باتریهای سرب- اسید معمولی که در خودروها استفاده می‌شوند، دارای یک صفحۀ سربی و یک صفحۀ دی‌اکسید سرب هستند که اکترولیتِ اسید سولفوریک بین آن‌ها قرار گرفته است. در زمانی که باتری به تخلیۀ انرژی می‌پردازد، صفحۀ سربی با اسید سولفوریک واکنش میدهد . نتیجۀ آن، سولفات سرب و الکترون است. این الکترون‌ها هستند که خودرو را روشن می‌کنند و سپس به قطب دیگر باتری می‌رسند؛ یعنی جایی که صفحۀ دی‌اکسید سرب با استفاده از آن‌ها و اسید سولفوریک، سولفات سرب و آب می‌سازد. در باتری جدیدِ سدیم مذاب، صفحۀ سربی جای خود را به فلز سدیم مایع داده است . و صفحۀ دی‌اکسید سرب نیز با مخلوطی مایع از یُدید سدیم و مقدار کمی کلرید گالیوم جایگزین شده است.
هنگام تخلیه‌ی انرژی از باتری جدید، فلز سدیم، یون سدیم و الکترون تولید می‌شود و در سمت دیگر باتری، الکترون‌ها موجب تبدیل ید به یون یُدید می‌شوند. یون‌های سدیم با عبور از یک جداکننده، به سمت دیگر می‌روند.سپس با یون‌های یُدید واکنش داده و نمک یدید سدیمِ مذاب تولید می‌کنند. به‌جای الکترولیت اسید سولفوریک، نوع مخصوصی جداکنندۀ سرامیکی قرار دارد که تنها به یون‌های سدیم، و نه هیچ چیز دیگری، اجازه میدهد از یک سمت به سمت دیگر بروند.
برخلاف باتری یون لیتیوم، همه‌چیز در دو سوی باتری به‌صورت مایع است و مسائلی همچون تغییرات فازی مطرح نیستند. همه چیز به‌صورت مایع است و علاوه برآن اساساً باتریهای مایع برخلاف بسیاری از باتریهای دیگر، طول‌عمر محدود ندارند. طول عمر باتریهای سدیم مذابِ تجاری بین 10 تا 15 سال است که بسیار طولانی‌تر از باتریهای سرب-اسید استاندارد یا باتریهای یون لیتیوم هستند.
باتوجه به ایمنی
باتریهای یدید-سدیم ایمن‌تر از باتریهای لیتیوم یون نیز هستند. باتری لیتیوم یون در صورت مشکل داخلی آتش گرفته و بیش از پیش دما را بالا می‌برد. این اتفاق برای مادۀ درون باتریهای مذاب یدید سدیم رخ نخواهد داد. حتی اگر جداکنندۀ سرامیکی را خارج کرده و فلز سدیم با نمک‌ها مخلوط شود، هیچ اتفاقی برای باتری نخواهد افتاد. البته باتری دیگر کار نمی‌کند، ولی حداقل ! هیچ حادثۀ شیمیایی یا آتش به وقوع نخواهد پیوست.
سخن آخر
دهه‌هاست که باتری سدیم مذاب وجود دارد و آن‌ها در تمام جهان استفاده می‌شوند، اما تاکنون کسی دربارۀ آن‌ها صحبت نکرده است . به تازگی تحقیقات دانشمندان مختلف بر روی آن متمرکز شده است. هدف دانشمندان این پروژه جایگزین کردن یک ماده‌ی ارزان قیمت با کلریدگالیوم گران قیمت است. (بیش از 100 برابر گران‌تر از نمک طعام).
از دیگر خلاقیت‌های این باتری، پوشاندن جداکننده‌ی سرامیکی در سمت سدیم مذاب به کمک قلع است .با این کار سرعت شارژ این باتری‌ها افزایش می‌یابد. تقریبا 5 تا 10 سال طول خواهد کشید تا باتری یدید-سدیم به بازار راه یابد . چالش اصلی آن مربوط به تجاری سازی این نوع از باتری‌ها است که تقریبا فناوری باتریهای یدید سدیم به حد خوبی رسیده است.
منبع: A high-voltage, low-temperature molten sodium battery enabled by metal halide catholyte chemistry
تاریخ انتشار: مرداد 1400
