Qingdao Institute of Bioenergy and Process Research (QIBEP) robí sériu pokroku v oblasti lacných a vysoko bezpečných sodno-iónových batérií

V čínskom „14. päťročnom pláne“ a „Usmerňujúcich stanoviskách k urýchleniu vývoja nového skladovania energie“ sa navrhuje urýchliť výskum a vývoj sodíkovo-iónových batérií a iných technológií, ako aj uskutočniť rozsiahle experimentálne demonštrácie. To plne dokazuje, že výskum a vývoj technológie sodíkových iónových batérií sa stal národnou stratégiou. V porovnaní s nedostatkom zdrojov lítia, sodíka v bohatých zásobách Číny, je cena lacnejšia, takže sodíkovo-iónová batéria v oblasti veľkokapacitného skladovania energie má široké uplatnenie. Súčasná industrializácia sodíkovo-iónových batérií však stále existuje v procese nižšej hustoty energie, kratšej životnosti cyklu a iných problémov, ktoré vážne obmedzujú ďalšie použitie.
Technologické centrum energetického systému v pevnej fáze vedené výskumníkom Cui Guanglei z Qingdao Institute of Energy, Čínska akadémia vied, začalo v roku 2011 navrhovať sodíkovo-iónovú batériu v kombinácii s národnými strategickými potrebami a základnými vedeckými otázkami ako celkom. na špičkovej úrovni, jedinečný spôsob, ako vyvinúť množstvo kľúčových materiálov sodíkovo-iónových batérií a kľúčových technológií elektrolytov, a v posledných rokoch dosiahol sériu dôležitých výsledkov, ktoré položili základ výskumu pre rozvoj industrializácie sodíkovo-iónových batérií . V roku 2015 vyvinulo technologické centrum porézny grafitový kolektor a zodpovedajúcu technológiu predsodíkovania prostredníctvom laserovej perforácie polyimidového grafitového filmu, čo výrazne znížilo náklady a zlepšilo energetickú hustotu sodíkových iónových batérií (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9).V roku 2016 boli vyvinuté a patentované polymérové ​​elektrolyty na báze polyakrylátu s vysokou iónovou vodivosťou pomocou tuhnutia in situ (ZL20116101506016.1 ). ZL201611224300.3), ktorý zlepšil výkon medzifázového prenosu iónov medzi elektrolytom v tuhom stave a materiálom elektród, čím sa dosiahol významný nárast multiplicitného výkonu sodíkových batérií. V roku 2019 kopolymér metylvinyléteru a anhydridu kyseliny maleínovej Sodíková batéria bola skonštruovaná a zmontované sodíkové batérie v mäkkom obale môžu stále bezpečne pracovať v náročných podmienkach ohýbania alebo rezania rohov bez nebezpečenstva úniku alebo požiaru. Nedochádza k úniku kvapaliny ani nebezpečenstvu požiaru (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022, aby sa ešte viac zlepšila bezpečnosť elektrolytu, technologické centrum navrhlo a vyvinulo novú nehorľavú formuláciu fosfátového esteru, ktorá zohľadňuje stabilitu vysokého napätia. V roku 2022 centrum s cieľom ďalšieho zlepšenia bezpečnosti elektrolytov navrhlo a vyvinulo novú formuláciu spomaľujúcu horenie na báze esterov kyseliny fosforečnej so stabilitou pri vysokom napätí (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) a skutočne bezpečný, zelený a lacný vodný elektrolyt (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670,4; ZL202111281780,8).
Technologické centrum Solid State Energy Systems nedávno dosiahlo významný pokrok v oblasti nízkonákladových sodíkových iónových batérií a výsledky výskumu boli publikované v medzinárodných autoritatívnych časopisoch Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater. a Energy Storage Mater. (obr. 1). V reakcii na problémy so zrážaním vodíka a rozpúšťaním kovových iónov elektródy, ktoré spôsobujú voľné molekuly vody v tradičnom vodnom elektrolyte, výskumný tím získal nový systém polymérneho elektrolytu s ultra vysokou koncentráciou pre sodno-iónové batérie reguláciou vodíkovej väzby metylácia a cyklická stabilita sodíkových batérií dosiahli prelomové zlepšenie (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). Zároveň výskumný tím zistil, že NaH v sodíkovej kovovej anóde SEI je hlavným faktorom ovplyvňujúcim výkon batérie, čo je dôležitý mechanizmus vedúci k zlyhaniu sodíkových batérií, a že NaH vzniká spontánnou reakciou. medzi vodíkom generovaným v cykle batérie a naneseným kovovým sodíkom (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Výskumný tím ďalej sumarizuje základné princípy a pokrok vo výskume v súčasných elektrolytoch pre sodíkovo-iónové batérie a teší sa na budúci vývoj elektrolytov (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Obr. 1 Priebeh základného výskumu sodíkovo-iónových batérií v Solid State Energy System Technology Center.
Na základe vyššie uvedeného výskumného základu a akumulácie technológií, po viac ako desiatich rokoch úsilia, Technologické centrum Solid State Energy System vedené výskumníkom Guanglei Cui úspešne vyvinulo nízkonákladový, vysoko bezpečný a vysoko výkonný pevný sodíkový ión. batérie. V súčasnosti vyvinutá tuhá sodíkovo-iónová batéria má hustotu energie viac ako 140 Wh/kg v elektrickom jadre a špecifickú hustotu energie viac ako 110 Wh/kg v module batérie; má ultra vysokú bezpečnosť, ktorá môže prejsť testom pichnutia špendlíkom bez dymu, horenia alebo výbuchu a bola realizovaná v demonštračnej aplikácii dvojkolesových elektrických vozidiel (obrázok 2). V budúcnosti bude tím pokračovať vo vývoji kľúčových materiálov a základných technológií pre sodíkovo-iónové batérie, aby vyhovovali potrebám trhu v súlade s rôznymi aplikačnými scenármi, so zameraním na nízkorýchlostné elektrické vozidlá, nové energetické vozidlá 48 V napájacie systémy, domáce skladovanie energie a iné oblasti.