Institut Penelitian Bioenergi dan Proses Qingdao (QIBEP) Membuat Serangkaian Kemajuan di Bidang Baterai Sodium-ion Berbiaya Rendah dan Keamanan Tinggi

Dalam "Rencana Lima Tahun ke-14" dan "Pendapat Panduan tentang Percepatan Pengembangan Penyimpanan Energi Baru" Tiongkok, diusulkan untuk mempercepat penelitian dan pengembangan baterai natrium-ion dan teknologi lainnya, serta melakukan penelitian skala besar. demonstrasi eksperimental. Hal ini sepenuhnya menunjukkan bahwa penelitian dan pengembangan teknologi baterai natrium-ion telah meningkat sebagai strategi nasional. Dibandingkan dengan kelangkaan sumber daya litium, cadangan natrium di Tiongkok melimpah, harganya lebih murah, sehingga baterai natrium-ion di bidang penyimpanan energi skala besar memiliki prospek penerapan yang luas. Namun, industrialisasi baterai natrium-ion saat ini masih mengalami kepadatan energi yang lebih rendah, siklus hidup yang lebih pendek, dan masalah lainnya, sehingga sangat membatasi penerapannya lebih lanjut.
Pusat Teknologi Sistem Energi Solid State yang dipimpin oleh peneliti Cui Guanglei dari Qingdao Institute of Energy, Chinese Academy of Sciences, mulai merancang baterai natrium-ion pada tahun 2011, dikombinasikan dengan kebutuhan strategis nasional dan isu-isu ilmiah dasar secara keseluruhan, berdasarkan yang terdepan, cara unik untuk mengembangkan sejumlah bahan utama baterai natrium-ion dan teknologi utama elektrolit, dan dalam beberapa tahun terakhir telah mencapai serangkaian hasil penting, meletakkan dasar penelitian untuk pengembangan industrialisasi baterai natrium-ion . Pada tahun 2015, pusat teknologi mengembangkan pengumpul grafit berpori dan teknologi pra-sodiumasi yang sesuai melalui perforasi laser film grafit polimida, yang secara signifikan mengurangi biaya dan meningkatkan kepadatan energi baterai natrium-ion (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9).Pada tahun 2016, elektrolit polimer berbasis poliakrilat dengan konduktivitas ionik tinggi dikembangkan dan dipatenkan melalui solidifikasi in-situ (ZL201610150608.1; ZL2016112243.1 ). ZL201611224300.3), yang meningkatkan kinerja pengangkutan ion antarmuka antara elektrolit keadaan padat dan bahan elektroda, mewujudkan peningkatan yang signifikan dalam kinerja multiplisitas baterai natrium. Pada tahun 2019, polimer keadaan padat kopolimer metil vinil eter-maleat anhidrida baterai natrium dibuat, dan baterai natrium kemasan lunak yang dirakit masih dapat bekerja dengan aman dalam kondisi pembengkokan atau pemotongan sudut yang sulit, tanpa kebocoran atau bahaya kebakaran. Tidak terjadi kebocoran cairan atau bahaya kebakaran (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). Pada tahun 2022, untuk lebih meningkatkan keamanan elektrolit, pusat teknologi merancang dan mengembangkan formula ester fosfat tahan api baru yang mempertimbangkan stabilitas tegangan tinggi. Pada tahun 2022, untuk lebih meningkatkan keamanan elektrolit, pusat tersebut merancang dan mengembangkan formulasi tahan api ester fosfat baru dengan stabilitas tegangan tinggi (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) dan elektrolit berair yang secara intrinsik aman, ramah lingkungan, dan berbiaya rendah (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Baru-baru ini, Pusat Teknologi Sistem Energi Solid State telah membuat kemajuan signifikan di bidang baterai natrium-ion berbiaya rendah, dan hasil penelitiannya telah dipublikasikan di jurnal resmi internasional Angew. kimia. Int. Ed., Adv. Materi Energi. dan Materi Penyimpanan Energi. (Gbr. 1). Menanggapi masalah pengendapan hidrogen dan pelarutan ion logam elektroda yang disebabkan oleh molekul air bebas dalam elektrolit berair tradisional, tim peneliti memperoleh sistem baru elektrolit polimer konsentrasi sangat tinggi untuk baterai natrium-ion melalui pengaturan ikatan hidrogen dengan metilasi, dan stabilitas siklus baterai natrium mencapai peningkatan terobosan (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). Pada saat yang sama, tim peneliti menemukan bahwa NaH dalam anoda logam natrium SEI merupakan faktor utama yang mempengaruhi kinerja baterai, yang merupakan mekanisme penting yang menyebabkan kegagalan baterai natrium, dan bahwa NaH dihasilkan oleh reaksi spontan. antara hidrogen yang dihasilkan dalam siklus baterai dan logam natrium yang disimpan (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Tim peneliti selanjutnya merangkum prinsip-prinsip dasar dan kemajuan penelitian dalam elektrolit saat ini untuk baterai natrium-ion, dan menantikan pengembangan elektrolit di masa depan (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Gambar 1 Kemajuan penelitian dasar baterai natrium-ion di Pusat Teknologi Sistem Energi Solid State.
Berdasarkan landasan penelitian dan akumulasi teknologi di atas, setelah lebih dari sepuluh tahun berupaya, Pusat Teknologi Sistem Energi Solid State yang dipimpin oleh peneliti Guanglei Cui telah berhasil mengembangkan ion natrium solid-state yang berbiaya rendah, aman, dan berkinerja tinggi. baterai. Baterai natrium-ion solid-state yang dikembangkan saat ini memiliki kepadatan energi lebih dari 140 Wh/kg pada inti listrik dan kepadatan energi spesifik lebih dari 110 Wh/kg pada modul baterai; ia memiliki keamanan yang sangat tinggi, yang dapat lulus uji tusuk jarum tanpa asap, pembakaran, atau ledakan, dan telah diwujudkan dalam penerapan demonstrasi kendaraan listrik roda dua (Gambar 2). Di masa depan, tim akan terus mengembangkan bahan utama dan teknologi inti baterai natrium-ion untuk memenuhi kebutuhan pasar sesuai dengan skenario aplikasi yang berbeda, dengan fokus pada kendaraan listrik berkecepatan rendah, kendaraan energi baru, sistem catu daya 48 V, rumah penyimpanan energi dan bidang lainnya.