Una batería de sodio-azufre es un tipo de batería de sal fundida construida a partir de sodio líquido (Na) y azufre (S). [1] [2] Este tipo de batería tiene una alta densidad de energía (su densidad de energía es 5 veces la de una batería de plomo-ácido), alta eficiencia de carga/descarga [3] y larga vida útil (>1000), y está fabricado con materiales económicos y no tóxicos. Las temperaturas de funcionamiento de 300 a 350 °C y la naturaleza altamente corrosiva de los polisulfuros de sodio, principalmente los hacen adecuados para aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía. La celda se vuelve más económica a medida que aumenta el tamaño. Las celdas disponibles en el mercado suelen ser grandes y de gran capacidad (hasta 500 Ah). Esto se debe a que las celdas más grandes se enfrían a un ritmo más lento que las celdas más pequeñas, lo que permite mantener las altas temperaturas de funcionamiento.
Las baterías típicas tienen una membrana de electrolito sólido entre el ánodo y el cátodo , en comparación con las baterías de metal líquido donde el ánodo, el cátodo y la membrana son líquidos. [2]
La celda generalmente se fabrica en una configuración cilíndrica. Toda la celda está encerrada por una carcasa de acero que está protegida, generalmente por cromo y molibdeno , contra la corrosión en el interior. Este recipiente exterior sirve como electrodo positivo, mientras que el sodio líquido sirve como electrodo negativo. El contenedor está sellado en la parte superior con una tapa hermética de alúmina . Una parte esencial de la célula es la presencia de una membrana BASE ( electrólito sólido de beta-alúmina ), que conduce selectivamente el Na + . En aplicaciones comerciales, las celdas están dispuestas en bloques para una mejor conservación del calor y están encerradas en una caja aislada al vacío.
Durante la fase de descarga, el sodio elemental fundido en el núcleo sirve como ánodo , lo que significa que el Na dona electrones al circuito externo. El sodio se separa mediante un cilindro de electrolito sólido de beta-alúmina (BASE) del recipiente de azufre fundido, que se fabrica a partir de un metal inerte que sirve como cátodo . El azufre se absorbe en una esponja de carbón .
BASE es un buen conductor de iones de sodio por encima de 250 °C, pero un mal conductor de electrones y, por lo tanto, evita la autodescarga. El sodio metálico no humedece completamente la BASE por debajo de los 400 °C debido a una capa de óxido(s) que los separa; esta temperatura se puede bajar a 300 °C revistiendo la BASE con ciertos metales y/o agregando absorbentes de oxígeno al sodio, pero aun así la humectación fallará por debajo de los 200 °C. [4] Antes de que la celda pueda comenzar a funcionar, debe calentarse, lo que genera costos adicionales. Para hacer frente a este desafío, estudios de casos para acoplar baterías de sodio-azufre a sistemas de energía solar térmica. [5]La energía térmica recolectada del sol se usaría para precalentar las celdas y mantener las altas temperaturas durante períodos cortos entre usos. Una vez en funcionamiento, el calor producido por los ciclos de carga y descarga es suficiente para mantener las temperaturas de funcionamiento y, por lo general, no se requiere una fuente externa. [6]
Cuando el sodio cede un electrón , el ion Na + migra al contenedor de azufre. El electrón conduce una corriente eléctrica a través del sodio fundido hasta el contacto, a través de la carga eléctrica y de regreso al contenedor de azufre. Aquí, otro electrón reacciona con el azufre para formar S n 2− , polisulfuro de sodio . El proceso de descarga se puede representar de la siguiente manera: