锂离子电池因其高能量密度和高输出功率,在便携式电子设备、电动汽车和储能系统中得到了广泛的应用。然而,锂离子电池使用的是可燃性电解液,存在因高温导致热失控的风险,甚至可能引发火灾和爆炸。为解决这一问题,研究者们正在尝试使用不可燃性的熔融盐作为电解液,以消除锂离子电池在火灾隐患方面的潜在危险。
熔融盐电池的概念基于将熔融盐电解液应用于电池,旨在提高电池的工作温度范围,同时保证电池在运行中的安全性。熔融盐作为电解液在化学性质上具有不可燃性,这意味着在高温下不会发生燃烧。由于熔融盐的使用,电池可以承受较高的工作温度而无需担心发生热失控的情况。
资源分布方面,锂资源主要分布在南美、中国和澳大利亚等地区。这种分布情况导致了对于锂资源稳定供应的担忧,而钠离子电池则利用了海水中的钠资源,资源丰富,能够解决锂资源供应的地理限制问题。钠离子电池采用的活性物质包括钠锡(Na-Sn)合金作为负极材料,亚铬酸钠(NaCrO2)作为正极材料。同时,使用玻璃纤维作为隔膜材料,铝箔作为集电体,这些材料均为不可燃材料,进一步增强了电池的安全性。
熔融盐电池的工作温度范围一般在57~190℃之间,研发团队通过混合不同的熔融盐来降低工作温度。例如,研究者们尝试将双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSA)和双(氟磺酰)亚胺钾(KFSA)两种不可燃性盐混合,以实现融点的降低,这样可以确保在较低的温度下Na离子仍可传导。这降低了电池的工作温度,从而减少了由于高温导致的热失控风险。
新型熔融盐电池相较于传统锂离子电池,能够实现更高的能源密度,即电池所能存储的能量与体积或质量的比例。该电池的能量密度达到290Wh/L,优于大多数锂离子电池。此外,熔融盐电池由于使用不可燃的熔融盐和耐高温材料,因此不需要复杂的散热系统,可以实现更小型化的电池组设计。
在冷却装置方面,虽然新型熔融盐电池可以在高温下安全工作,但仍然需要考虑当温度超过190℃时熔融盐分解并产生气体的情况,因此安装冷却装置是为了预防这种情况的发生。
该研发项目的目标是实现熔融盐电池的实用化,预计的实用化时间是在2015年。未来,熔融盐电池有望被应用于中等规模的电网和家庭储能系统,这将有助于提升电力系统的稳定性和安全性。通过使用熔融盐电解液,未来电池技术有望在安全性、资源分布和能量密度方面取得突破性进展。