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Molten Salt Electrolyte for Na-ZnCl2 All-Liquid Battery for Grid Storage

Ding, Wenjin und Hoffmann, Ralf und Barge, Akshata und Kjos, Ole S. und Weber, Norbert und Weier, Tom und Bauer, Thomas (2025) Molten Salt Electrolyte for Na-ZnCl2 All-Liquid Battery for Grid Storage. Batteries, 11 (177). MDPI (Multidisciplinary Digital Publishing Institute). doi: 10.3390/batteries11050177. ISSN 2313-0105.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Kurzfassung

Zeolite Battery Research Africa (ZEBRA) batteries (Na-NiCl2 solid electrolyte batteries, SEBs) have commercial applications in energy storage due to their low costs and recy-clability, long lifetime, and high safety. In commercial ZEBRA batteries, Ni electrode and beta’’-alumina solid electrolyte (BASE) have a more than 70% share of the overall cell material costs. Na-ZnCl2 all-liquid batteries (ALBs), which replace Ni with abun-dant and low-cost Zn and BASE electrolyte with molten salt electrolyte, could reduce costs and provide a longer lifetime and higher safety, making their application in grid storage promising. However, compared to SEBs, ALBs are in an early development stage, particularly for their molten salt electrolytes, which have a significant effect on the battery performance. Physical and chemical properties of the salt electrolyte like melting temperatures and solubilities of electrode materials (i.e., Na and Zn metal) are vital for the molten salt electrolyte selection and battery cell design and optimization. In this work, the binary and ternary phase diagrams of salt mixtures containing NaCl, CaCl2, BaCl2, SrCl2, and KCl, obtained via FactSage simulation and DSC measurements, as well as the solubilities of electrode materials (Na and Zn metals), are presented and used for the selection of the molten salt electrolyte. Moreover, various criteria, consid-ered for the selection of the molten salt electrolyte, include high electromotive force (EMF) for suitable electrochemical properties, low melting temperature for large charge/discharge range, low solubilities of electrode materials for low self-discharge, low material costs, and high material abundance for easy scale-up. Based on these cri-teria, the NaCl-CaCl2-BaCl2 and NaCl-SrCl2-KCl salt mixtures are selected as the two most promising ALB molten salt electrolytes and suggested to be tested in the ALB demonstrators currently under development.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214518/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Molten Salt Electrolyte for Na-ZnCl2 All-Liquid Battery for Grid Storage
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ding, WenjinWenjin.Ding (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, RalfRalf.Hoffmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barge, Akshataakshata.barge (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kjos, Ole S.ole.kjos (at) sintef.noNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weber, Norbertnorbert.weber (at) hzdr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weier, Tomt.weier (at) hzdr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, ThomasThomas.Bauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Mai 2025
Erschienen in:Batteries
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.3390/batteries11050177
Verlag:MDPI (Multidisciplinary Digital Publishing Institute)
ISSN:2313-0105
Status:veröffentlicht
Stichwörter:differential scanning calorimetry (DSC); FactSageTM thermodynamic simulation; phase diagram; solubilities of electrodes; Zeolite Battery Research Africa (ZEBRA) battery
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse, E - Elektrochemische Speicher, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, E - Materialen für thermische Hochtemperaturtechnologien, E - Neue Wärmeträgerfluide
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Ding, Wenjin
Hinterlegt am:12 Jun 2025 16:59
Letzte Änderung:12 Jun 2025 16:59

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