Qingdao Institute of Bioenergy and Process Research (QIBEP) gör en rad framsteg inom området lågkostnads- och högsäkerhetsnatriumjonbatterier

I Kinas "14:e femårsplan" och "Vägledande åsikter om att påskynda utvecklingen av ny energilagring" föreslås det att påskynda forskningen och utvecklingen av natriumjonbatterier och annan teknik, samt att genomföra storskalig experimentella demonstrationer. Detta visar till fullo att forskning och utveckling av natriumjonbatterier har ökat som en nationell strategi. Jämfört med bristen på litiumresurser, natrium i Kinas rikliga reserver, är priset billigare, så natriumjonbatteriet inom storskalig energilagring har en bred tillämpningsmöjligheter. Men den nuvarande industrialiseringen av natriumjonbatterier existerar fortfarande i processen med lägre energitäthet, kortare livslängd och andra problem, vilket allvarligt begränsar den fortsatta tillämpningen.
Solid State Energy System Technology Center ledd av forskaren Cui Guanglei från Qingdao Institute of Energy, Chinese Academy of Sciences, började bygga ut natriumjonbatteriet 2011, kombinerat med de nationella strategiska behoven och grundläggande vetenskapliga frågor som helhet, baserat på i framkant, ett unikt sätt att utveckla ett antal nyckelmaterial för natriumjonbatterier och nyckelteknologier för elektrolyt, och har under de senaste åren uppnått en rad viktiga resultat som lägger en forskningsgrund för utvecklingen av industrialiseringen av natriumjonbatterier . Under 2015 utvecklade teknologicentret porös grafituppsamlare och motsvarande förnatriumeringsteknik genom laserperforering av polyimidgrafitfilm, vilket avsevärt minskade kostnaderna och förbättrade energitätheten för natriumjonbatterier (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9). Under 2016 utvecklades och patenterades polyakrylatbaserade polymerelektrolyter med hög jonledningsförmåga genom stelning på plats (ZL201610150602016. ZL122016. ). ZL201611224300.3), vilket förbättrade gränsytjontransportprestanda mellan fasta elektrolyten och elektrodmaterialet, vilket realiserade en betydande ökning av multipelprestandan hos natriumbatterier. Under 2019, en metylvinyleter-maleinsyraanhydridsampolymer i fast tillståndspolymer natriumbatteri konstruerades, och de sammansatta mjukpackade natriumbatterierna kan fortfarande fungera säkert under de tuffa förhållandena med böjning eller hörnklippning, utan läckage eller brandrisker. Inget vätskeläckage eller brandrisk uppstår (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022, för att ytterligare förbättra säkerheten för elektrolyten, designade och utvecklade teknologicentret en ny flamskyddande fosfatesterformel som tar hänsyn till högspänningens stabilitet. År 2022, för att ytterligare förbättra säkerheten för elektrolyter, designade och utvecklade centret en ny fosfatester flamskyddande formulering med högspänningsstabilitet (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) och en egensäker, grön och låg kostnad vattenhaltig elektrolyt (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Nyligen har Solid State Energy Systems Technology Center gjort betydande framsteg inom området lågkostnadsnatriumjonbatterier, och forskningsresultaten har publicerats i de internationella auktoritativa tidskrifterna Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energi Mater. och Energilagring Mater. (Figur 1). Som svar på problemen med vätefällning och elektrodmetalljonupplösning orsakad av fria vattenmolekyler i den traditionella vattenhaltiga elektrolyten, erhöll forskargruppen ett nytt system med ultrahög koncentration av polymerelektrolyt för natriumjonbatterier genom reglering av vätebindning genom metylering, och cyklingsstabiliteten hos natriumbatterier uppnådde en banbrytande förbättring (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). Samtidigt fann forskargruppen att NaH i natriummetallanoden SEI är en viktig faktor som påverkar batteriets prestanda, vilket är en viktig mekanism som leder till att natriumbatterier går sönder, och att NaH genereras av den spontana reaktionen mellan vätet som genereras i battericykeln och den avsatta natriummetallen (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Forskargruppen sammanfattar vidare de grundläggande principerna och forskningsframstegen i de nuvarande elektrolyterna för natriumjonbatterier, och ser fram emot den framtida utvecklingen av elektrolyter (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Fig. 1 Grundforskningens framsteg om natriumjonbatterier i Solid State Energy System Technology Center.
Baserat på ovanstående forskningsgrund och teknikackumulering, efter mer än tio års ansträngningar, har Solid State Energy System Technology Center under ledning av forskaren Guanglei Cui framgångsrikt utvecklat låg kostnad, hög säkerhet och högpresterande solid-state natriumjon batterier. Det för närvarande utvecklade solid-state natriumjonbatteriet har en energitäthet på mer än 140 Wh/kg i den elektriska kärnan och en specifik energitäthet på mer än 110 Wh/kg i batterimodulen; den har ultrahög säkerhet, som kan klara nålstickstestet utan rök, förbränning eller explosion, och har realiserats i demonstrationsapplikationen för tvåhjuliga elfordon (Figur 2). I framtiden kommer teamet att fortsätta att utveckla nyckelmaterial och kärnteknologier för natriumjonbatterier för att möta marknadens behov i enlighet med olika applikationsscenarier, med fokus på låghastighets elfordon, nya energifordon 48 V strömförsörjningssystem, hem energilagring och andra områden.