一個阻礙可再生能源比如說風能和太陽能成為主要能源的障礙在于在有限風吹和日照時期內(nèi)電池儲能的低效。
另一方面，這導(dǎo)致持久的強風和陽光直射時期大量的能量被浪費了。這種新的由鈉-銫合金制成的電極則可以改變這種現(xiàn)象。
新的鈉-銫電極使得鈉電池能在更低溫度下工作，并且允許他們在報廢前經(jīng)歷更大數(shù)量的再充電循環(huán)。這種電極還能能幫助促進生產(chǎn)和減少意外失火風險。
當前爭論
根據(jù)邦能源咨詢公司的資料，有一大批集裝箱大小的鈉電池正在美國、歐洲和日本各地使用，儲存了超過3億瓦特的能量。然而，這些電池有著非常高的工作溫度，在有些情況下達到350攝氏度。這個溫度已經(jīng)足夠引起大多數(shù)材料的損傷，由此，需要大量的對于鈉電池的貴金屬研究。即使如此，它們的工作壽命仍然不長。
“在更低溫度下工作對鈉電池有重大意義，并且可以使得電池儲存更多的可再生能源以及強化電網(wǎng)。
從事這項研究的PNNL團隊，受能源部電力傳送和能量可靠性部門的資助，致力于嘗試改變電池的工作溫度，使其在合適的溫度下工作，這將會使電池持續(xù)更長時間，并且效率更高。
典型的鈉電池包括被兩個電極固態(tài)薄膜(由β氧化鋁陶瓷制得)。有兩種類型的這類電池，一般通過電極陽極的材料進行區(qū)分。有一些在電極中使用了硫，這被稱作鈉硫電池；還有一些是使用氯化鎳的ZEBRA電池。
即便電池的工作溫度被降低，這項工作也不意味著結(jié)束。當在400攝氏度以下環(huán)境工作時，負的鈉電極則不能被β—氧化鋁（陶瓷電解液）充分覆蓋，在這種情況下鈉卷成球狀（見頂圖，左）導(dǎo)致電池效率變低。
新的電極—新的方法
PNNL研究者相信需要采用不同的方法來解決潤濕性問題，并且決定修飾負電極。團隊嘗試了一系列鈉合金，以及將鈉和其他金屬混合，而不是以往的純態(tài)鈉。經(jīng)過實驗后，發(fā)現(xiàn)液態(tài)的鈉-銫合金基本上”浸潤“了β氧化鋁薄膜。（見頂圖，右）
圖為路小川在手套箱中組裝鈉電池。太平洋西北國家實驗室提供
新電池的測試表明它可以在遠低于150攝氏度下工作。并且，每克的儲能達到420毫安時，這和當前設(shè)計的鈉電池不相上下。
除了降低工作溫度意外，這種新的合金電池有更強的保持儲能的性能。PNNL在經(jīng)過100次充放電循環(huán)測試后，它能夠保持97%的相對于最初使用的儲存能力，遠大于傳統(tǒng)電池在60次充放電循環(huán)后保持的70%儲能。
在電池中貴重耐用的材料也因為低的工作溫度而變得不是必需。這降低了花費，使得電池生產(chǎn)過程更加流線化。這所導(dǎo)致的成本降低抵消了代替部分鈉的銫金屬的引入。
PNNL研究團隊的下一步計劃建造可以在更大的電池中測試的更大的電極，這和實際在可再生能源儲存中的應(yīng)用情況更加接近。
