【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】相比于鋰資源匱乏，鈉在我國儲量豐富，價格更為便宜，因而鈉離子電池在大規(guī)模儲能領域具有廣闊的應用前景。然而，目前鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化進程中存在能量密度較低、循環(huán)壽命較短等問題，限制了進一步應用。
中國科學院青島能源所崔光磊研究員帶領的固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心，開發(fā)了多項鈉離子電池關鍵材料和電解質(zhì)關鍵技術，取得了一系列重要成果，為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了研究基礎。2015年，該技術中心通過激光打孔聚酰亞胺石墨膜，開發(fā)了多孔石墨集流體及相應預鈉化技術，顯著降低了成本，提高鈉離子電池的能量密度；2016年，通過原位固態(tài)化技術開發(fā)出高離子電導率的聚丙烯酸酯基聚合物電解質(zhì)并進行專利保護，改善了固態(tài)電解質(zhì)與電極材料間的界面離子傳輸性能，實現(xiàn)了鈉電池倍率性能的大幅提升；2019年，構筑了甲基乙烯基醚-馬來酸酐共聚物固態(tài)聚合物鈉電池，組裝的軟包鈉電池在彎折或者切角苛刻條件下仍能安全工作，不發(fā)生漏液或起火危險；2022年，為進一步提升電解質(zhì)的安全性，設計開發(fā)了兼顧高電壓穩(wěn)定性的磷酸酯阻燃新配方以及本征安全、綠色環(huán)保和成本低廉的水系電解質(zhì)。
近期，該技術中心在低成本鈉離子電池領域再獲重要進展。相關研究成果發(fā)表在《德國應用化學》《先進能源材料》《儲能材料》上(圖1)。針對傳統(tǒng)水系電解質(zhì)中的自由水分子導致析氫、電極金屬離子溶出等問題，該團隊通過甲基化調(diào)節(jié)氫鍵作用獲得了鈉離子電池超高濃聚合物電解質(zhì)新體系(鈉電池的循環(huán)穩(wěn)定性實現(xiàn)突破性提高)。研究發(fā)現(xiàn)，鈉金屬負極SEI中NaH是影響電池性能的主要因素，是導致鈉電池失效的重要機制，NaH是由電池循環(huán)中產(chǎn)生的氫氣和已沉積的金屬鈉自發(fā)反應生成的。該工作針對當前鈉離子電池電解質(zhì)領域，進一步總結(jié)了當前鈉離子電池電解質(zhì)中的基礎原理和研究進展，并展望了電解質(zhì)未來發(fā)展方向。
基于上述研究基礎和技術積累，該技術中心研制出低成本、高安全、高性能的固態(tài)鈉離子電池。目前研發(fā)的固態(tài)鈉離子電池電芯能量密度超140 Wh/kg，電池模組比能量密度超110 Wh/kg。這一電池具有超高安全性，可通過針刺測試，不冒煙、不燃燒、不爆炸，并實現(xiàn)在二輪電動車的示范應用(圖2)。未來，該團隊將按照不同應用場景，重點瞄準低速電動車、新能源汽車48 V電源系統(tǒng)、家庭儲能等領域，持續(xù)開發(fā)滿足市場系列鈉離子電池關鍵材料和核心技術。
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