Qingdao Biyoenerji ve Proses Araştırma Enstitüsü (QIBEP), Düşük Maliyetli ve Yüksek Güvenlikli Sodyum İyon Piller Alanında Bir Dizi İlerleme Kaydediyor

Çin'in "14. Beş Yıllık Planı" ve "Yeni Enerji Depolamanın Geliştirilmesinin Hızlandırılmasına İlişkin Yol Gösterici Görüşler"de, sodyum iyon pilleri ve diğer teknolojilerin araştırma ve geliştirmesinin hızlandırılmasının yanı sıra büyük ölçekli araştırmaların gerçekleştirilmesi de öneriliyor. deneysel gösteriler. Bu, sodyum iyon pil teknolojisi araştırma ve geliştirmesinin ulusal bir strateji olarak arttığını tam olarak göstermektedir. Lityum kaynaklarının kıtlığıyla karşılaştırıldığında, Çin'in bol rezervlerindeki sodyum, fiyatı daha ucuz, bu nedenle büyük ölçekli enerji depolama alanındaki sodyum iyon pilinin geniş bir uygulama beklentisi var. Bununla birlikte, sodyum iyon pillerin mevcut sanayileşmesi, daha düşük enerji yoğunluğu, daha kısa çevrim ömrü ve diğer sorunlar nedeniyle hala mevcut olup, daha sonraki uygulamaları ciddi şekilde sınırlamaktadır.
Çin Bilimler Akademisi, Qingdao Enerji Enstitüsü'nden araştırmacı Cui Guanglei liderliğindeki Katı Hal Enerji Sistemi Teknoloji Merkezi, 2011 yılında ulusal stratejik ihtiyaçlar ve temel bilimsel konularla birlikte bir bütün olarak temel bilimsel konularla birlikte sodyum iyon pilini döşemeye başladı. Son teknolojide, bir dizi sodyum iyon pil ana malzemesi ve elektrolit anahtar teknolojisi geliştirmenin benzersiz bir yolu ve son yıllarda, sodyum iyon pillerin sanayileşmesinin geliştirilmesi için bir araştırma temeli oluşturan bir dizi önemli sonuç elde edildi. . 2015 yılında teknoloji merkezi, gözenekli grafit toplayıcıyı ve poliimid grafit filmin lazerle delinmesi yoluyla buna karşılık gelen ön sodyumlama teknolojisini geliştirdi; bu, sodyum iyon pillerin maliyetini önemli ölçüde azalttı ve enerji yoğunluğunu iyileştirdi (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9).2016 yılında, yerinde katılaştırma yoluyla yüksek iyonik iletkenliğe sahip poliakrilat bazlı polimer elektrolitler geliştirildi ve patentlendi (ZL201610150608.1; ZL2016112243.1) ). Katı hal elektroliti ile elektrot malzemesi arasındaki arayüzey iyon taşıma performansını geliştiren ZL201611224300.3), sodyum pillerin çokluk performansında önemli bir artış gerçekleştirdi. 2019'da bir metil vinil eter-maleik anhidrit kopolimer katı hal polimeri piyasaya sürüldü. Sodyum pil üretildi ve bir araya getirilen yumuşak paketli sodyum piller, bükülme veya köşe kesme gibi zorlu koşullar altında sızıntı veya yangın tehlikesi olmadan hala güvenli bir şekilde çalışabiliyor. Sıvı sızıntısı veya yangın tehlikesi oluşmaz (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022, elektrolitin güvenliğini daha da artırmak için teknoloji merkezi, yüksek voltajın stabilitesini dikkate alan yeni bir alev geciktirici fosfat ester formülü tasarladı ve geliştirdi. 2022 yılında, elektrolitlerin güvenliğini daha da artırmak amacıyla merkez, yüksek voltaj stabilitesine sahip yeni bir fosfat ester alev geciktirici formülasyon (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) tasarladı ve geliştirdi. doğası gereği güvenli, yeşil ve düşük maliyetli sulu elektrolit (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Son zamanlarda Katı Hal Enerji Sistemleri Teknoloji Merkezi, düşük maliyetli sodyum iyon piller alanında önemli ilerlemeler kaydetti ve araştırma sonuçları uluslararası yetkili Angew dergilerinde yayınlandı. Kimya Uluslararası Ed., Av. Enerji Mater. ve Enerji Depolama Materyası. (Şekil 1). Geleneksel sulu elektrolitteki serbest su moleküllerinin neden olduğu hidrojen çökelmesi ve elektrot metal iyonu çözünmesi sorunlarına yanıt olarak araştırma ekibi, hidrojen bağını düzenleyerek sodyum-iyon piller için yeni bir ultra yüksek konsantrasyonlu polimer elektrolit sistemi elde etti. metilasyon ve sodyum pillerin döngü stabilitesi, çığır açıcı bir gelişme sağladı (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). Aynı zamanda araştırma ekibi, sodyum metal anot SEI'deki NaH'nin, sodyum pillerin arızalanmasına yol açan önemli bir mekanizma olan pilin performansını etkileyen önemli bir faktör olduğunu ve NaH'nin kendiliğinden reaksiyonla üretildiğini buldu. pil döngüsünde üretilen hidrojen ile biriken sodyum metali arasında (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). Araştırma ekibi ayrıca sodyum iyon piller için mevcut elektrolitlerdeki temel ilkeleri ve araştırma ilerlemesini özetlemekte ve elektrolitlerin gelecekteki gelişimini sabırsızlıkla beklemektedir (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Şekil 1 Katı Hal Enerji Sistemi Teknoloji Merkezi'nde sodyum iyon piller üzerine temel araştırmaların ilerlemesi.
Yukarıdaki araştırma temeline ve teknoloji birikimine dayanarak, on yılı aşkın çabaların ardından araştırmacı Guanglei Cui liderliğindeki Katı Hal Enerji Sistemi Teknoloji Merkezi, düşük maliyetli, yüksek güvenlikli ve yüksek performanslı katı hal sodyum iyonunu başarıyla geliştirdi. piller. Şu anda geliştirilen katı hal sodyum iyon pil, elektrik çekirdeğinde 140 Wh/kg'ın üzerinde bir enerji yoğunluğuna ve pil modülünde 110 Wh/kg'ın üzerinde bir spesifik enerji yoğunluğuna sahiptir; Duman, yanma veya patlama olmadan iğne ucu testini geçebilen ultra yüksek güvenliğe sahiptir ve iki tekerlekli elektrikli araçların gösteri uygulamasında gerçekleştirilmiştir (Şekil 2). Gelecekte ekip, düşük hızlı elektrikli araçlara, yeni enerji araçlarına, 48 V güç kaynağı sistemlerine, evlere odaklanan farklı uygulama senaryolarına uygun olarak pazar ihtiyaçlarını karşılamak için sodyum iyon pillere yönelik temel malzemeleri ve temel teknolojileri geliştirmeye devam edecek. Enerji depolama ve diğer alanlar.