Натрий никель-хлоридные аккумуляторы

Натрий никель-хлоридные аккумуляторы (ZEBRA) были изобретены в конце 1980х годов специально для нужд электротранспорта. В настоящее время аккумуляторы ZEBRA производятся швейцарской компанией MES DEA. Для электромобилей нужны аккумуляторные батареи с высокой удельной емкостью и низкой ценой за КВт*ч запасенной электроэнергии. Жела­тельно, чтобы батареи имели большой срок экс­плуатации и большое количе­ство циклов заряда/разряда, а также могли бы­стро заряжаться.

В натрий никель-хлоридных аккумуляторах используются дешевые со­став­ляющие – расплавленный натрий, хлорид никеля (II), керамический твердый электролит и расплавленный аллюмохлорид натрия (NaAlCl₄) в ка­честве жидкого электролита. Для работы данного аккумулятора необходимо под­держивать внутреннюю температуру на уровне 270-350°C. Поэтому ак­куму­ляторные батареи ZEBRA имеют в своем составе нагреватель, воздуш­ный охладитель и упакованы в стальной двустенный термоизолирующий корпус, между стенками которого имеется вакуумная прослойка.

Необходимость термоизоляции диктует большой размер самой батареи ZEBRA: типичный представитель – Z5C – весит 195кг и запасает 16,8КВт*ч электроэнергии. Чем больше объем, тем меньше удельная площадь для рас­сеивания тепла, тем меньше требуется энергии для поддержания рабочей температуры на уровне 300°C. Размеры аккумуляторной батареи ZEBRA диктуют ее применение – электротранспорт.

Недостаток аккумулятора ZEBRA – высокая температура, в случае с элек­тромобилем может служить также и преимуществом – при нагрузке вы­деля­ется дополнительно до 10% тепловой энергии от потребляемой мощно­сти, что для зимних условий означает до 600-1000Вт тепла для малого элек­тро­мобиля безвредно.

Преимущества NiNaCl батарей:

Ø высокая удельная емкость, сравнимая с литий-ионными аккумулято­рами;

Ø низкая стоимость и широкая доступность основных материалов аккуму­ля­тора;

Ø большое время жизни аккумулятора – свыше 1000 полных циклов за­ряда/разряда и свыше 7 лет активной эксплуатации (такие характери­стики имеет не каждый серийный аккумулятор);

Ø высокое напряжение (278,6 В или 557 В для Z5C ZEBRA батареи) ;

Ø высокая безопасность;

Ø высокая экологическая безопасность – основные компоненты натрий ни­кель-хлоридных аккумуляторов мало экологически опасны.

Недостатки NiNaCl батарей:

Ø низкая плотность мощности (но это не очень большой недостаток, так как из-за большого количества элементов Z5C ZEBRA может выдавать до 37КВт мощности) ;

Ø необходимость поддержания высокой рабочей температуры внутри бата­реи диктует высокий расход энергии (около 100Вт для Z5C ZEBRA) ;

Ø высокая стоимость каждого киловат-часа емкости батареи, которая составляет на сегодняш­ний день около 650$ (при себестоимости киловат-часа при крупносерийном производстве ниже, чем 150U$).

Натрий никель-хлоридные аккумулятор­ные батареи ZEBRA являются очень перспективными для электротранспорта, для чего они и были разработаны. Уже сейчас они используются в электро­бусах, яхтах, некоторых дорогих электромобилях. При использовании акку­муляторов ZEBRA для электромобиля реально достижим пробег на одной за­рядке в 150км. Длительный срок жизни и хорошие показатели циклируемо­сти ставят натрий никель-хлоридные аккумуляторы на одно из первых мест среди существующих аккумуляторов. На данный момент единственной су­щественной преградой является цена данного типа батарей.