太阳能，风能和其他可再生能源可以构成美国消耗的电力的更大部分，如果可以建造更好的电池来存储间歇性能量，用于阴天，无风的日子。现在，一种新材料可以让更多的公用事业公司储存大量的可再生能源，并使该国的电力系统更加可靠和富有弹性。
今天发表在Nature Communications上的一篇论文描述了一种由液态金属合金制成的电极，它使钠-β电池能够在相当低的温度下工作。新电极使钠-β电池的使用寿命更长，有助于简化其制造过程并降低意外火灾的风险。
“在较低的温度下运行可以对钠-β电池产生很大的影响，并可能使电池能够存储更多的可再生能源并加强电网，”能源部太平洋西北国家实验室的材料科学家陆小川说。
需要储能，但挑战仍然存在
据杜邦能源咨询公司称，在美国，日本和欧洲，超过300兆瓦的大型集装箱式钠电池正在运行。它们通常存储由多排太阳能电池板和风力涡轮机产生的电力。
但由于它们的高工作温度(其达到350摄氏度，或超过水的沸点的三倍)，它们的广泛使用受到限制。如此高的工作温度要求钠-β电池使用更昂贵的材料并缩短其使用寿命。PNNL的研究人员开始着手降低电池的工作温度，因为他们知道可以提高电池效率并延长使用寿命。
钠-β电池的传统设计包括由陶瓷材料β氧化铝制成的固体膜隔开的两个电极。根据用于正极的材料，有两种主要类型的钠-β电池：使用硫的电池称为钠硫电池，而使用氯化镍的电池称为ZEBRA电池。当电子在电池的电极之间流动时会产生电流。
降低电池的工作温度会带来其他一些技术挑战。其中的关键是使负钠电极完全涂覆或“润湿”陶瓷电解质。当熔点低于400摄氏度时，熔融钠会抵抗β氧化铝的表面，导致钠像水中的一滴油一样卷曲，使电池效率降低。几十年来，研究人员一直试图通过在膜上涂覆不同的涂层来克服这一点。
新电极提供不同的选择
Lu和他的PNNL同事对润湿性问题采取了完全不同的方法：修改负极。他们不是使用纯钠，而是试验钠合金，或钠与其他金属混合。该团队确定液态钠 - 铯合金在β氧化铝膜上很好地扩散。
PNNL的新电极材料使电池能够在较低温度下运行。使用新电极的测试电池在150度下运行良好，功率容量为每小时420毫安时，与传统设计的容量相匹配，而不是传统的钠-β电池运行350摄氏度。
具有新合金电极的电池还保留了更多的原始储能容量。在100次充电和放电循环后，具有PNNL电极的测试电池保持其初始存储容量的约97%，而具有传统的仅钠电极的电池在60次循环后保持70%。
具有较低工作温度的电池也可以使用较便宜的材料，例如聚合物 - 其在350摄氏度下熔化 - 用于其外壳而不是钢。使用较便宜和敏感的材料也有助于简化电池的制造过程。这抵消了与使用铯相关的一些增加的成本，铯比钠更昂贵。
PNNL研究团队正在建造一个更大的电极，用更大的电池进行测试，使该技术更接近储存可再生能源所需的规模。
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