Qingdao Institute of Bioenergy and Process Research (QIBEP) gjør serier med fremskritt innen lavkostnads- og høysikkerhetsnatriumionbatterier

I Kinas "14. femårsplan" og "Guiding Opinions on Accelerating the Development of New Energy Storage" foreslås det å akselerere forskning og utvikling av natriumionbatterier og andre teknologier, samt å gjennomføre storskala eksperimentelle demonstrasjoner. Dette demonstrerer fullt ut at forskning og utvikling av natriumionbatteriteknologi har steget som en nasjonal strategi. Sammenlignet med knappheten på litiumressurser, natrium i Kinas rikelige reserver, er prisen billigere, så natrium-ion-batteriet innen storskala energilagring har en bred bruksutsikter. Imidlertid eksisterer den nåværende industrialiseringen av natriumion-batterier fortsatt i prosessen med lavere energitetthet, kortere sykluslevetid og andre problemer, noe som alvorlig begrenser den videre bruken.
Solid State Energy System Technology Center ledet av forsker Cui Guanglei fra Qingdao Institute of Energy, Chinese Academy of Sciences, begynte å legge ut natriumionbatteriet i 2011, kombinert med nasjonale strategiske behov og grunnleggende vitenskapelige problemstillinger som helhet, basert på på forkant, en unik måte å utvikle en rekke natrium-ion-batterinøkkelmaterialer og elektrolyttnøkkelteknologier, og har de siste årene oppnådd en rekke viktige resultater, og legger et forskningsgrunnlag for utvikling av industrialisering av natriumion-batterier . I 2015 utviklet teknologisenteret porøs grafittsamler og tilsvarende pre-natriumeringsteknologi gjennom laserperforering av polyimidgrafittfilm, noe som betydelig reduserte kostnadene og forbedret energitettheten til natriumionbatterier (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9).I 2016 ble polyakrylatbaserte polymerelektrolytter med høy ionisk ledningsevne utviklet og patentert ved in-situ størkning (ZL20161015062016. ZL22018.1. ). ZL201611224300.3), som forbedret grenseflate-ionetransportytelsen mellom faststoff-elektrolytten og elektrodematerialet, og realiserte en betydelig økning i multiplisitetsytelsen til natriumbatterier. natriumbatteri ble konstruert, og de sammensatte mykpakkede natriumbatteriene kan fortsatt fungere trygt under de tøffe forholdene med bøying eller hjørneskjæring, uten lekkasje eller brannfare. Det oppstår ingen væskelekkasje eller brannfare (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022, for å ytterligere forbedre sikkerheten til elektrolytten, designet og utviklet teknologisenteret en ny flammehemmende fosfatesterformel som tar hensyn til stabiliteten til høyspenningen. I 2022, for å forbedre sikkerheten til elektrolytter ytterligere, utviklet og utviklet senteret en ny fosfatester flammehemmende formulering med høyspenningsstabilitet (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) og en egensikker, grønn og rimelig vandig elektrolytt (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Nylig har Solid State Energy Systems Technology Center gjort betydelige fremskritt innen lavkost-natriumion-batterier, og forskningsresultatene er publisert i de internasjonale autoritative tidsskriftene Angew. Chem. Int. Red., Adv. Energi Mater. og Energilagring Mater. (Figur 1). Som svar på problemene med hydrogenutfelling og elektrodemetallionoppløsning forårsaket av frie vannmolekyler i den tradisjonelle vandige elektrolytten, oppnådde forskerteamet et nytt system med ultrahøy konsentrasjon polymerelektrolytt for natriumionbatterier gjennom regulering av hydrogenbinding ved hjelp av metylering, og syklusstabiliteten til natriumbatterier oppnådde en banebrytende forbedring (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). Samtidig fant forskerteamet at NaH i natriummetallanode SEI er en viktig faktor som påvirker ytelsen til batteriet, som er en viktig mekanisme som fører til svikt i natriumbatterier, og at NaH genereres av den spontane reaksjonen mellom hydrogenet som genereres i batterisyklusen og det avsatte natriummetallet (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Forskerteamet oppsummerer videre de grunnleggende prinsippene og forskningsfremgangen i dagens elektrolytter for natriumionbatterier, og ser frem til den fremtidige utviklingen av elektrolytter (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Fig. 1 Fremdrift av grunnleggende forskning på natrium-ion-batterier i Solid State Energy System Technology Center.
Basert på ovennevnte forskningsgrunnlag og teknologiakkumulering, etter mer enn ti års innsats, har Solid State Energy System Technology Center ledet av forskeren Guanglei Cui med suksess utviklet lavkost, høy sikkerhet og høyytelses solid-state natrium-ion batterier. Det nå utviklede solid-state natrium-ion-batteriet har en energitetthet på mer enn 140 Wh/kg i den elektriske kjernen og en spesifikk energitetthet på mer enn 110 Wh/kg i batterimodulen; den har ultrahøy sikkerhet, som kan bestå nålestikktesten uten røyk, forbrenning eller eksplosjon, og har blitt realisert i demonstrasjonsapplikasjonen for tohjulede elektriske kjøretøy (Figur 2). I fremtiden vil teamet fortsette å utvikle nøkkelmaterialer og kjerneteknologier for natriumion-batterier for å møte markedsbehovene i samsvar med forskjellige applikasjonsscenarier, med fokus på lavhastighets elektriske kjøretøy, nye energikjøretøyer 48 V strømforsyningssystemer, hjemme energilagring og andre felt.