Qingdao Institute of Bioenergy and Process Research (QIBEP) face o serie de progrese în domeniul bateriilor cu ioni de sodiu cu costuri reduse și de înaltă securitate

În „Planul cincinal al 14-lea” al Chinei și „Opinii directoare privind accelerarea dezvoltării noilor stocări de energie”, se propune accelerarea cercetării și dezvoltării bateriilor cu ioni de sodiu și a altor tehnologii, precum și realizarea la scară largă. demonstrații experimentale. Acest lucru demonstrează pe deplin că cercetarea și dezvoltarea tehnologiei bateriilor cu ioni de sodiu a crescut ca strategie națională. În comparație cu deficitul de resurse de litiu, sodiu în rezervele abundente ale Chinei, prețul este mai ieftin, astfel încât bateria cu ioni de sodiu în domeniul stocării de energie pe scară largă are perspective largi de aplicare. Cu toate acestea, industrializarea actuală a bateriilor cu ioni de sodiu încă există în procesul de densitate energetică mai mică, ciclu de viață mai scurt și alte probleme, limitând serios aplicarea ulterioară.
Centrul Tehnologic al Sistemului Energetic Solid State condus de cercetătorul Cui Guanglei de la Institutul de Energie din Qingdao, Academia Chineză de Științe, a început să instaleze bateria cu ioni de sodiu în 2011, combinată cu nevoile strategice naționale și problemele științifice de bază în ansamblu, bazate pe la ultimă generație, o modalitate unică de a dezvolta o serie de materiale cheie pentru baterii cu ioni de sodiu și tehnologii cheie cu electroliți, iar în ultimii ani a obținut o serie de rezultate importante, punând o bază de cercetare pentru dezvoltarea industrializării bateriilor cu ioni de sodiu . În 2015, centrul de tehnologie a dezvoltat un colector de grafit poros și tehnologia corespunzătoare de pre-sodiare prin perforarea cu laser a peliculei de grafit de poliimidă, care a redus semnificativ costurile și a îmbunătățit densitatea energetică a bateriilor cu ioni de sodiu (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9).În 2016, electroliții polimeri pe bază de poliacrilat cu conductivitate ionică ridicată au fost dezvoltați și brevetați prin solidificare in situ (ZL201610150608.1.31122208.1; ). ZL201611224300.3), care a îmbunătățit performanța de transport interfacial al ionilor dintre electrolitul în stare solidă și materialul electrodului, realizând o creștere semnificativă a performanței multiplicității bateriilor cu sodiu. bateriile cu sodiu a fost construită, iar bateriile cu sodiu asamblate cu ambalare moale pot încă funcționa în siguranță în condiții dure de îndoire sau tăiere la colț, fără scurgeri sau pericole de incendiu. Nu apar scurgeri de lichid sau pericol de incendiu (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022, pentru a îmbunătăți și mai mult siguranța electrolitului, centrul de tehnologie a proiectat și dezvoltat o nouă formulă de ester fosfat ignifug care ține cont de stabilitatea tensiunii înalte. În 2022, pentru a îmbunătăți și mai mult siguranța electroliților, centrul a proiectat și dezvoltat o nouă formulă ignifugă de ester fosfat cu stabilitate la înaltă tensiune (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) și o Electrolit apos cu siguranță intrinsec, verde și cu cost redus (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Recent, Solid State Energy Systems Technology Center a făcut progrese semnificative în domeniul bateriilor cu ioni de sodiu cu preț redus, iar rezultatele cercetării au fost publicate în revistele internaționale de autoritate Angew. Chim. Int. Ed., Adv. Energy Mater. și de stocare a energiei Mater. (Fig. 1). Ca răspuns la problemele de precipitare a hidrogenului și dizolvarea ionilor metalici ai electrodului cauzate de moleculele de apă libere în electrolitul apos tradițional, echipa de cercetare a obținut un nou sistem de electrolit polimer de concentrație ultra-înaltă pentru bateriile cu ioni de sodiu prin reglarea legăturilor de hidrogen prin metilarea și stabilitatea ciclică a bateriilor cu sodiu au realizat o îmbunătățire revoluționară (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). În același timp, echipa de cercetare a descoperit că NaH în anodul de sodiu metalic SEI este un factor major care afectează performanța bateriei, care este un mecanism important care duce la defectarea bateriilor cu sodiu și că NaH este generat de reacția spontană. între hidrogenul generat în ciclul bateriei și sodiu metalic depus (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Echipa de cercetare rezumă în continuare principiile fundamentale și progresul cercetării în electroliții actuali pentru bateriile cu ioni de sodiu și așteaptă cu nerăbdare dezvoltarea viitoare a electroliților (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Fig. 1 Progresul cercetării de bază privind bateriile cu ioni de sodiu în Centrul Tehnologic al Sistemului Energetic Solid State.
Pe baza bazei de cercetare de mai sus și a acumulării de tehnologie, după mai bine de zece ani de eforturi, Centrul Tehnologic al Sistemului Energetic Solid State condus de cercetătorul Guanglei Cui a dezvoltat cu succes ioni de sodiu în stare solidă, cu costuri reduse, de înaltă siguranță și de înaltă performanță. baterii. Bateria de sodiu-ion dezvoltată în prezent are o densitate de energie de peste 140 Wh/kg în miezul electric și o densitate specifică de energie de peste 110 Wh/kg în modulul bateriei; are o siguranță ultra-înaltă, care poate trece testul de înțepare fără fum, ardere sau explozie și a fost realizat în aplicarea demonstrativă a vehiculelor electrice cu două roți (Figura 2). În viitor, echipa va continua să dezvolte materiale cheie și tehnologii de bază pentru bateriile cu ioni de sodiu pentru a satisface nevoile pieței în conformitate cu diferite scenarii de aplicare, concentrându-se pe vehicule electrice cu viteză redusă, vehicule cu energie noi, sisteme de alimentare cu energie de 48 V, acasă. stocarea energiei și alte domenii.