باتری های نمک مذاب

باتری های نمک مذاب یک گروه از باتری‌ ها هستند که از نمک های مذاب به عنوان یک الکترولیت استفاده می کنند و دارای تراکم انرژی بالا و تراکم نیروی بالایی می‌باشند.

باتری‌ های حرارتی غیر قابل شارژ قدیمی را می توان در حالت جامد خود در دمای اتاق برای مدت زمان طولانی، قبل از اینکه توسط حرارت فعال شوند، نگهداری کرد.

باتری های نمک مذاب ۱

تاریخچه

باتری‌ های حرارتی در طی جنگ جهانی دوم به وجود آمدند، زمانی که دانشمند آلمانی جرج اتو ارب (Georg Otto Erb ) اولین سلول‌ های کاربردی را با استفاده از ترکیب نمک های مختلف به عنوان یک الکترولیت اختراع کرد.

ارب باتری‌ ها را برای برنامه های نظامی، از جمله بمب پروازی V-1 و موشک V-2 و سیستم های فازینگ توپخانه توسعه داد.

با این وجود هیچ کدام از این باتری ها در حین جنگ به کار گرفته نشد. بعد از آن Erb توسط بریتانیا مورد بازجویی قرار گرفت.

کار او در زمینه ی “نظریه و ساخت سلول های حرارتی” گزارش شده بود. این اطلاعات پس از آن به بخش توسعه انسانی ایالات متحده ی اداره ملی استاندارد ها منتقل شد.

هنگامی که این فن آوری در سال ۱۹۴۶ به ایالات متحده رسید، بلافاصله برای جایگزینی سیستم های مبتنی بر مایعات پر ضرر که قبلا برای استفاده در توپخانه انتخاب شده بود، در پایگاه ‌های نظامی اعمال شد.

این باتری‌ ها از زمان جنگ جهانی دوم و پس از آن در سلاح های هسته‌ ای برای برنامه های کاربردی مربوط به جنگ افزار ها مورد استفاده قرار گرفتند.

ناگفته نماند که همین تکنولوژی توسط آزمایشگاه ملی Argonne و دیگر محققان در دهه ۱۹۸۰ برای استفاده در خودرو های الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفت.

باتری های حرارتی (غیر قابل شارژ)

تکنولوژی

باتری های حرارتی از یک الکترولیت استفاده می‌کنند که جامد است و در دمای محیط غیر فعال می باشد. آنها می‌توانند به طور نامحدود (بیش از ۵۰ سال) ذخیره شوند، اما در صورت نیاز بلافاصله قدرت کامل را فراهم می‌کنند.

هنگامی که فعال می شوند، یک نیروی انفجار را برای یک دوره کوتاه (چند ده ثانیه تا ۶۰ دقیقه یا بیشتر) فراهم می‌کنند و بازه‌ خروجی آن ها از وات تا کیلو وات می‌باشد. قدرت بالای این باتری‌ ها به علت رسانایی یونی بسیار بالای نمک مذاب است که سه مرتبه (یا بیشتر) از اسید سولفوریک در یک باتری اتومبیل اسیدی بیشتر است.

در یک طراحی از یک سیم فیوز (حاوی کرومات باریم و فلز زیرکونیوم پودر شده در یک کاغذ سرامیکی) که در معرض گرما قرارگرفنه است، برای آغاز سوختن استفاده می شود.

سیم فیوز به طور معمول با استفاده از یک جرقه الکتریکی آتش می‌گیرد.

طراحی دیگر از یک سوراخ مرکزی در وسط پشته باتری استفاده می‌کند که در آن یک فندک الکتریکی با انرژی بالا مخلوطی از گاز های داغ و ذرات رشته ای را آتش می‌زند. که این اجازه می دهد تا زمان های فعال سازی، بسیار سریع تر (ده ها میلی ثانیه) از مدل قبلی به دست آید.

فعال سازی باتری می تواند توسط یک پرایمر کوبه ای، شبیه به پوسته تفنگ ساچمه ای ، انجام شود.

منبع حرارتی باید بدون گاز باشد. منبع گرمایی استاندارد معمولا شامل مخلوط پودر آهن و پرکلرات پتاسیم به نسبت وزن های ۱۲ به ۸۸ ، ۱۴ به ۸۶ و یا ۱۶ به ۸۴ می‌باشد.

هرچه سطح پرکلرات پتاسیم بیشتر باشد، خروجی گرما نیز بیشتر است (به ترتیب ۲۰۰، ۲۵۹ و ۲۹۷ کالری بر گرم).

باتری های نمک مذاب ۲

موارد کاربرد

باتری های حرارتی تقریبا به طور انحصاری برای کاربرد های نظامی، مخصوصا برای موشک های هدایت شده استفاده می شوند.

آنها منبع اصلی اولیه برای بسیاری از موشک هایی مانند AIM-9 Sidewinder، MIM-104 Patriot، BGM-71 TOW،BGM-109 Tomahawk و غیره هستند.

اشکال قابل شارژ

از اواسط دهه ۱۹۶۰ پیشرفت‌ های زیادی در باتری های قابل شارژ با استفاده از سدیم (Na) برای الکترود های منفی صورت گرفته است.

سدیم با توجه به پتانسیل کاهشی بالای آن (۲٫۷۱-  ولت)، وزن کم، طبیعت غیر سمی، فراوانی نسبی، دسترسی و هزینه کم، گزینه‌ ی بسیار مناسبی است.

به منظور ساخت باتری های کاربردی، سدیم باید به شکل مایع باشد. نقطه ذوب سدیم ۹۸ درجه سانتی گراد (۲۰۸ درجه فارنهایت) است به این معنی که باتری‌ های سدیمی در دمای بالا بین ۴۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد (۷۵۰ تا ۱۳۰۰ درجه فارنهایت) کار می‌کنند و با طرح های جدیدتر در دمای بین ۲۴۵ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد (۴۷۰ و ۶۶۰ درجه فارنهایت) نیز کارایی دارند.

سدیم گوگرد

باتری‌ های سدیم گوگرد (باتری NaS) و همچنین باتری‌ های لیتیوم-گوگرد از الکترود های ارزان و در دسترس استفاده می‌کنند.

این نوع باتری، اولین باتری تجاری آلکالاین-فلز بود. در این باتری‌ ها از گوگرد مایع برای الکترود های مثبت و برای الکترولیت نیز از یک لوله سرامیکی از الکترولیت جامد آلومینا-بتا استفاده می‌کنند.

زنگ زدگی عایق یک مشکل بزرگ است زیرا آنها به تدریج رسانا می‌شدند و میزان دشارژ خودبخودی افزایش می‌یافت.

با این وجود، باتری های سدیم گوگرد برای برنامه های کاربردی فضایی پیشنهاد شده اند.

باتری های نمک مذاب ۳

باتری سدیم-نیکل کلرید(zebra)

باتری مایع-فلز