Qingdao Institute of Bioenergy and Process Research (QIBEP) постига серия от напредък в областта на евтините и високосигурни натриево-йонни батерии

В китайския „14-ти петгодишен план“ и „Ръководни становища за ускоряване на развитието на ново съхранение на енергия“ се предлага да се ускорят изследванията и развитието на натриево-йонни батерии и други технологии, както и да се извършат широкомащабни експериментални демонстрации. Това напълно демонстрира, че научноизследователската и развойна дейност в областта на технологиите за натриево-йонни батерии се превърна в национална стратегия. В сравнение с недостига на литиеви ресурси, натрий в изобилните резерви на Китай, цената е по-евтина, така че натриево-йонната батерия в областта на мащабното съхранение на енергия има широки перспективи за приложение. Въпреки това текущата индустриализация на натриево-йонните батерии все още съществува в процеса на по-ниска енергийна плътност, по-кратък живот на цикъла и други проблеми, които сериозно ограничават по-нататъшното им приложение.
Технологичният център за енергийни системи в твърдо състояние, ръководен от изследователя Cui Guanglei от Института по енергетика Кингдао, Китайската академия на науките, започна да излага натриево-йонната батерия през 2011 г., съчетана с националните стратегически нужди и основните научни въпроси като цяло, базирани на авангарда, уникален начин за разработване на редица ключови материали за натриево-йонни батерии и ключови технологии за електролити и през последните години постигна серия от важни резултати, поставяйки изследователска основа за развитието на индустриализацията на натриево-йонните батерии . През 2015 г. технологичният център разработи порест графитен колектор и съответната технология за предварително натрияване чрез лазерна перфорация на полиимиден графитен филм, което значително намали цената и подобри енергийната плътност на натриево-йонните батерии (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9). През 2016 г. бяха разработени и патентовани полимерни електролити на базата на полиакрилат с висока йонна проводимост чрез втвърдяване на място (ZL201610150608.1; ZL2016112243.1 ). ZL201611224300.3), което подобри производителността на междинния йонен транспорт между електролита в твърдо състояние и материала на електрода, реализирайки значително увеличение в производителността на множествеността на натриевите батерии. През 2019 г. твърд полимерен съполимер на метил винилов етер-малеинов анхидрид е конструирана натриева батерия и сглобените меко опаковани натриеви батерии все още могат да работят безопасно при тежки условия на огъване или рязане на ъгли, без изтичане или опасност от пожар. Не възниква изтичане на течност или опасност от пожар (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022 г., за да подобри допълнително безопасността на електролита, технологичният център проектира и разработи нова формула за забавящ горенето фосфатен естер, която взема предвид стабилността на високото напрежение. През 2022 г., за да подобри допълнително безопасността на електролитите, центърът проектира и разработи нова формула за забавяне на горенето на фосфатен естер със стабилност на високо напрежение (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) и присъщо безопасен, зелен и евтин воден електролит (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Наскоро Технологичният център за енергийни системи в твърдо състояние постигна значителен напредък в областта на евтините натриево-йонни батерии, а резултатите от изследването бяха публикувани в международните авторитетни списания Angew. Chem. Вътр. ред., адв. Енергийна материя. и Матер за съхранение на енергия. (Фиг. 1). В отговор на проблемите с утаяването на водорода и разтварянето на йони на електродния метал, причинени от свободни водни молекули в традиционния воден електролит, изследователският екип получи нова система от полимерен електролит с ултрависока концентрация за натриево-йонни батерии чрез регулиране на водородното свързване чрез метилирането и цикличната стабилност на натриевите батерии постигнаха революционно подобрение (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). В същото време изследователският екип установи, че NaH в натриевия метален анод SEI е основен фактор, влияещ върху производителността на батерията, което е важен механизъм, водещ до повреда на натриевите батерии, и че NaH се генерира от спонтанна реакция между водорода, генериран в цикъла на батерията, и отложения метален натрий (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Изследователският екип допълнително обобщава основните принципи и напредъка на изследванията в настоящите електролити за натриево-йонни батерии и очаква с нетърпение бъдещото развитие на електролитите (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Фиг. 1 Напредък на основните изследвания на натриево-йонни батерии в Технологичния център за енергийни системи в твърдо състояние.
Въз основа на горната изследователска основа и натрупване на технологии, след повече от десет години усилия, Технологичният център за енергийна система в твърдо състояние, ръководен от изследователя Гуанглей Куи, успешно разработи евтин, високобезопасен и високоефективен твърдотелен натриев йон батерии. Разработената в момента твърдотелна натриево-йонна батерия има енергийна плътност над 140 Wh/kg в електрическото ядро ​​и специфична енергийна плътност над 110 Wh/kg в модула на батерията; има ултрависока безопасност, която може да премине теста с убождане без дим, изгаряне или експлозия и е реализирана в демонстрационното приложение на двуколесни електрически превозни средства (Фигура 2). В бъдеще екипът ще продължи да разработва ключови материали и основни технологии за натриево-йонни батерии, за да отговори на нуждите на пазара в съответствие с различни сценарии на приложение, като се фокусира върху нискоскоростни електрически превозни средства, нови енергийни превозни средства 48 V захранващи системи, дома съхранение на енергия и други области.