Бета-оксид алюминия твердый электролит - Beta-alumina solid electrolyte

Бета-оксид алюминия твердый электролит (ОСНОВАНИЕ) это проводник быстрых ионов материал, используемый как мембрана в нескольких типах расплавленной соли электрохимическая ячейка. В настоящее время нет известных заменителей.[1][2]

β '' - Глинозем (бета прайм-прайм оксид алюминия) является изоморфный форма оксид алюминия (Al2О3), твердый поликристаллический керамика, который, будучи подготовленным как электролит, комплектуется мобильным ион, Такие как Na+, K+, Ли+, Ag+, ЧАС+, Pb2+, Sr2+ или же Ба2+ в зависимости от приложения. Бета-оксид алюминия является хорошим проводником своих мобильных ионов, но не допускает неионную (т.е. электронную) проводимость.

Бета-оксид алюминия - это нестехиометрический алюминат натрия известен своей быстрой транспортировкой Na+ ионы. Этот материал избирательно пропускает ионы натрия, блокируя другие частицы, включая жидкий натрий и жидкую серу. Это керамика, которую можно формовать и спекать с помощью имеющихся в продаже технологий, и ее проводимость при рабочих температурах - от 250 до 300 градусов Цельсия - выгодно отличается от электролитов, используемых в обычных аккумуляторных системах, таких как серная кислота и гидроксид калия. Кристаллическая структура Na-Al2О3 обеспечивает необходимый жесткий каркас с каналами, по которым могут мигрировать ионные частицы твердого тела. Перенос ионов включает скачки с места на место по этим каналам.

BASE была впервые разработана исследователями из Ford Motor Company, в поиске запоминающего устройства для электрические транспортные средства при разработке натриево-серная батарея.[3][4] Батарея NaS состоит из серы на положительном электроде и натрия на отрицательном электроде в качестве активных материалов и проводящей натрий керамики из бета-оксида алюминия в качестве электролита, разделяющего оба электрода.[1]Эта герметичная батарея поддерживается при температуре около 300 градусов Цельсия и работает при условии, что активные материалы на обоих электродах являются жидкими, а ее электролит - твердым. Только при температурах около 300 градусов Цельсия или выше отрицательный натриевый электрод может полностью покрыть или «смачивать» керамический электролит.[1] При более низких температурах у расплавленного натрия возникают проблемы с покрытием поверхности керамики из бета-оксида алюминия. Это заставляет натрий скручиваться подобно капле масла в воде, уменьшая контактную поверхность и снижая эффективность батареи. При таких высоких температурах, поскольку оба активных материала имеют контакт с большой площадью поверхности и внутреннее сопротивление становится достаточно низким, батарея NaS показывает отличные характеристики. В качестве вторичной батареи, которая обеспечивает обратимую зарядку и разрядку, батарея NaS может использоваться непрерывно. Некоторые коммерческие установки используют этот тип батареи для выравнивания нагрузки.

Натриево-серные батареи вызывали большой интерес во всем мире в 1970-х и 1980-х годах, но интерес к технологии для использования в транспортных средствах уменьшился по ряду технических и экономических причин. Его «преемник», батарея хлорида никеля натрия, представляет коммерческий интерес. Батарея хлорида натрия и никеля (или батарея ZEBRA разрабатывалась почти 20 лет.[5]

Когда BASE используется в элементе хлорида натрия и никеля (ZEBRA), необходимо выполнить несколько требований. Он должен иметь низкое удельное сопротивление, обычно 4 Ωсм при 350 ° С и сила более 200 МПа. Он должен изготавливаться в виде тонкостенной (1,25 мм) извилистой трубки недорогими методами производства, и он должен сохранять стабильное сопротивление элемента в течение 10 лет. Этим требованиям в основном удовлетворяют вариации золь-гель процесс.

BASE также используется в преобразователи щелочно-металлического тепла в электрические (AMTEC). AMTEC - это высокоэффективное устройство для прямого преобразования тепла в электричество. AMTEC работает как термически регенерирующая электрохимическая ячейка, расширяя натрий за счет перепада давления на (BASE) мембране. БАЗОВЫЕ электролиты использовались в некоторых топливные элементы с расплавленным карбонатом, а также другой жидкий электрод / твердый электролит топливная ячейка конструкции.

Рекомендации

  1. ^ а б c Лу, Сяочуань; Ся, Гуангуан; Lemmon, John P .; Ян, Чжэнго (2010). «Перспективные материалы для натрий-бета-оксидно-алюминиевых батарей: состояние, проблемы и перспективы». Журнал источников энергии. 195 (9): 2431–2442. Bibcode:2010JPS ... 195.2431L. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2009.11.120.
  2. ^ Дж. Л. Садворт и А. Тилли, Серно-натриевая батарея (Chapman & Hall, Лондон) (1985)
  3. ^ Дж. Т. Куммер, Электролиты из β-оксида алюминия, Прогресс в химии твердого тела, 7 (1972) стр. 141–175 https://doi.org/10.1016/0079-6786(72)90007-6
  4. ^ Дж. Т. Куммер, Натрий-серная вторичная батарея, Технический документ 670179 ISSN 0148-7191 7 (1967) https://doi.org/10.4271/670179
  5. ^ Ю.Ф.Й. Яо и Дж. Т. Kummer, J. Inorg. Nucl. Chem. 29 (1967) с. 2453