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A sodium liquid metal battery based on the multi-cationic electrolyte for grid energy storage

Zhou, Hao und Li, Haomiao und Gong, Qing und Yan, Shuai und Zhou, Xianbo und Liang, Shengzhi und Ding, Wenjin und He, Yaling und Jiang, Kai und Wang, Kangli (2022) A sodium liquid metal battery based on the multi-cationic electrolyte for grid energy storage. Energy Storage Materials, 50, Seiten 572-579. Elsevier. doi: 10.1016/j.ensm.2022.05.032. ISSN 2405-8297.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.05.032

Kurzfassung

Sodium-based batteries are very promising for large-scale applications in near future, thanks to the great abundance and low cost of sodium. Herein, a high-performance liquid metal battery with a negative electrode of metallic sodium is developed. As the metallic sodium has a low melting point (~ 98 °C) and weak corrosion to ceramic seals, the sodium liquid metal batteries (Na-LMBs) offer the merits of low operating temperature, low cost, long lifespan and high safety. However, sodium metal has a high dissolution solubility in the electrolyte of single-cationic molten sodium halide mixtures such as NaF-NaCl-NaI due to high melting point above 500 °C, resulting in low coulombic efficiency and high self-discharge. In this work, a multi-cationic ternary molten chloride salt mixture LiCl-NaCl-KCl (59:5:36 mol %) with a melting point lower than 400 °C was designed as the electrolyte, which effectively inhibits the dissolution of sodium in the electrolyte. Further, by adopting a dual-active Bi9Sb alloy positive electrode, the active material utilization was improved and the energy density of the battery was significantly increased. At 100 mA cm-2, the battery ran stably over 700 cycles at 450 °C with a coulombic efficiency of 97%, active material utilization of about 80%. The battery also exhibited decent rate performance within the current densities of 100-1000 mA cm-2. The calculation based on a 1 MW/5 MWh demo energy storage plant indicates that the estimated Levelized Cost of Storage (LCOS) of the Na-LMB is lower than 0.029 $/kWh. These results demonstrate the Na-LMB as a promising technology for grid-scale energy storage applications

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187064/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A sodium liquid metal battery based on the multi-cationic electrolyte for grid energy storage
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zhou, HaoHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, HaomiaoHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gong, QingQing.Gong (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yan, ShuaiHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhou, XianboHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liang, ShengzhiDLR-TTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ding, WenjinWenjin.Ding (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
He, YalingHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jiang, KaiHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, KangliHuazhong University of Science and Technology (HUST), ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Juni 2022
Erschienen in:Energy Storage Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:50
DOI:10.1016/j.ensm.2022.05.032
Seitenbereich:Seiten 572-579
Verlag:Elsevier
ISSN:2405-8297
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Liquid metal battery Sodium Multi-cationic molten electrolyte Alloy electrode Low cost
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, E - Materialen für thermische Hochtemperaturtechnologien, E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Ding, Wenjin
Hinterlegt am:22 Jul 2022 15:12
Letzte Änderung:20 Okt 2023 07:33

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