熔盐电池

熔盐电池是一类电池，它使用的熔融盐作为电解质，并提供既具有高能量密度和高功率密度。传统的不可充电热电池可以在室温下以固态储存很长时间，然后通过加热激活。可充电液态金属电池用于工业备用电源、特种电动汽车和电网储能，以平衡太阳能电池板和风力涡轮机等间歇性可再生能源.

自1960年代中期以来，在使用钠(Na)负极的可充电电池方面进行了大量开发工作。钠的吸引力在于其-2.71伏的高还原电位、低重量、无毒性质、相对丰度、可用性和低成本。为了构建实用的电池，钠必须是液态的。钠的熔点为98°C(208°F)。这意味着钠基电池的工作温度介于245至350°C（470至660°F）之间。研究调查了工作温度为200°C(390°F)和室温的金属组合。

在钠硫电池（NaS电池），与相关的沿着锂硫电池使用廉价而丰富的电极材料。这是xxx个碱金属商业电池。它使用液态硫作为正极和β-氧化铝固体电解质（BASE）的陶瓷管。绝缘体腐蚀是一个问题，因为它们逐渐导电，自放电率增加。

由于其高比功率，NaS电池已被提议用于空间应用。用于太空的NaS电池于1997年在航天飞机任务STS-87上成功测试，但该电池尚未在太空中使用。NaS电池已被提议用于金星的高温环境。

由TEPCO（东京电力公司）和NGK（NGKInsulatorsLtd.）组成的财团于1983年宣布对研究NaS电池感兴趣，并成为这种类型开发背后的主要推动力。东京电力之所以选择NaS电池，是因为它的所有组成元素（钠、硫和陶瓷）在日本都很丰富。xxx次大规模现场测试于1993年至1996年在东京电力公司的纲岛变电站进行，使用3×2MW、6.6kV电池组。根据该试验的结果，开发了改进的电池模块并于2000年投入市场。商用NaS电池组提供：

• 容量：每组25–250kWh
• 效率87%
• xxx放电深度(DOD)下2,500次循环的寿命，或80%DOD下4,500次循环的寿命

熔盐电池的低温变体是1985年开发的ZEBRA（最初为“非洲沸石电池研究”；后来为“零排放电池研究活动”）电池，最初为电动汽车应用而开发.电池使用NaAlCl4和Na+-β-氧化铝陶瓷电解质。

该钠氯化镍2电池在245°C(473°F)下运行并使用熔融四氯铝酸钠(NaAlCl4)，其熔点为157°C(315°F)，作为电解质。负极是熔融钠。正电极是镍在放电状态和氯化镍在充电状态。由于镍和氯化镍几乎不溶于中性和碱性熔体，因此允许接触，对电荷转移几乎没有阻力。由于NaAlCl4和Na在工作温度下是液体，使用导电钠的β-氧化铝陶瓷将液态钠与熔融的NaAlCl分离4.用于制造这些电池的主要元素在全球的储量和年产量都比锂高得多。

它于1985年在发明了沸石电池研究非洲项目（ZEBRA）组委员会科学和工业研究委员会（CSIR）在南非比勒陀利亚。它可以在放电状态下组装，使用NaCl、Al、镍和铁粉。正极主要由固态材料组成，这降低了腐蚀的可能性，提高了安全性。其比能量为100Wh/kg；比功率为150W/kg。β-氧化铝固体陶瓷与金属钠和氯化铝钠不反应。全尺寸电池已证明其使用寿命超过2,000次循环和20年，而10节和20节电池模块则证明其使用寿命超过4,500次循环和15年。为了比较，LiFePO4磷酸铁锂电池可储存90–110Wh/kg，更常见的LiCoO2锂离子电池可储存150–200Wh/kg。一块纳米钛酸锂电池可储存72Wh/kg，可提供760W/kg的功率。

ZEBRA的液体电解质在157°C(315°F)时冻结，正常工作温度范围为270–350°C(520–660°F)。向电池中添加铁会增加其功率响应。ZEBRA电池目前由FZSoNick制造，在电信行业、石油和天然气以及铁路中用作备用电源。它还用于采矿专用电动车。过去，它被用于ModecElectricVan、依维柯Daily3.5吨送货车、、原型SmartED和Th!nkCity。2011年，美国邮政服务开始测试全电动货车，其中一辆由斑马电池供电。

2010年，通用电气宣布推出Na-NiCl2称为钠金属卤化物电池的电池，使用寿命为20年。其阴极结构由导电镍网络、熔盐电解质、金属集电器、碳毡电解质储层和活性钠金属卤化物盐组成。2015年，由于全球重组，公司放弃了该项目。2017年，中国电池制造商ChilweeGroup（也称为超威）与通用电气(GE)成立了一家新公司，将用于工业和储能应用的Na-NiCl电池推向市场。

不使用时，Na-NiCl2电池通常保持熔融状态以备使用，因为如果允许固化，它们通常需要12小时才能重新加热和充电。该重新加热时间因电池组温度和可用于重新加热的功率而异。关机后，充满电的电池组会损失足够的能量来在五到七天内冷却和固化。

金属氯化钠电池非常安全；一个热失控只能通过刺穿电池并用，在这种情况下不太可能被激活，不会产生火灾或爆炸。出于这个原因，也因为可以在没有冷却系统的情况下安装在室外，使金属氯化钠电池非常适合工业和商业储能装置。

住友研究了一种使用盐在61°C(142°F)下熔化的电池，远低于钠基电池，可在90°C(194°F)下运行。它提供高达290Wh/L和224Wh/kg的能量密度和1C的充电/放电率，使用寿命为100-1000次充电循环。电池仅使用不可燃材料，与空气接触时不会着火，也不会冒热失控的风险。这消除了废热存储或防火和防爆设备，并允许更紧密的电池组装。该公司声称该电池需要锂离子电池的一半和钠硫电池的四分之一。该电池使用镍阴极和玻碳阳极。

2014年，研究人员发现了一种液态钠铯合金，可在50°C(122°F)下运行，每克产生420毫安时。新材料能够完全覆盖或“润湿”电解质。在100次充电/放电循环后，测试电池保持了其初始存储容量的97%。较低的工作温度允许使用更便宜的聚合物外壳代替钢，抵消了部分铯成本的增加。

麻省理工学院的DonaldSadoway教授开创了液态金属可充电电池的研究，使用镁-锑和最近使用的铅-锑。电极和电解质层被加热直到它们变成液体并且由于密度和不混溶性而自分离。这种电池可能比传统电池具有更长的寿命，因为电极在充放电循环过程中经历了一个创建和破坏的循环，这使得它们不受影响传统电池电极的降解的影响。

该技术于2009年提出，基于通过熔盐分离镁和锑。镁被选为负极，因为它的成本低，在熔盐电解质中的溶解度低。锑因其低成本和更高的预期放电电压而被选为正极。

2011年，研究人员展示了具有锂阳极和铅锑阴极的电池，该电池具有更高的离子电导率和更低的熔点(350–430°C)。锂化学的缺点是成本较高。Li/LiF+LiCl+LiI/Pb-Sb电池在450°C下运行时具有约0.9V的开路电位，其电活性材料成本为100美元/kWh和100美元/kW，预计使用寿命为25年。它在1.1A/cm2时的放电功率仅为44%（在0.14A/cm2时为88%）。

实验数据显示存储效率为69%，具有良好的存储容量（超过1000mAh/cm2）、低泄漏（<1mA/cm2）和高xxx放电容量（超过200mA/cm2）。到2014年10月，麻省理工学院团队在高充电/放电速率(275mA/cm2)下实现了大约70%的运行效率，类似于抽水蓄能水力发电和在较低电流下的更高效率。测试表明，在正常使用10年后，该系统将保留其初始容量的85%左右。2014年9月，一项研究描述了一种使用铅和锑的熔融合金作为正极，液态锂作为负极的安排；和锂盐的熔融混合物作为电解质。

最近的一项创新是PbBi合金，它可以实现更低熔点的锂基电池。它使用基于LiCl-LiI的熔盐电解质，并在410°C下运行。

离子液体已被证明具有用于可充电电池的能力。电解质是纯熔盐，没有添加溶剂，这是通过使用具有室温液相的盐来实现的。这会导致高粘性溶液，并且通常由具有延展性晶格结构的结构大的盐制成。