中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我國(guó)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》及《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中，提出加快鈉離子電池等技術(shù)研發(fā)及開(kāi)展規(guī)?；囼?yàn)示范。這充分表明鈉離子電池技術(shù)研發(fā)已上升為國(guó)家戰(zhàn)略。相比于鋰資源的匱乏，鈉在我國(guó)的儲(chǔ)量豐富，價(jià)格更為便宜，因此鈉離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而目前鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中尚存在能量密度較低、循環(huán)壽命較短等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。
圖1 固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心鈉離子電池基礎(chǔ)研究進(jìn)展
中國(guó)科學(xué)院青島能源所崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心從2011年開(kāi)始布局鈉離子電池，結(jié)合國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題為一體，立足前沿，獨(dú)辟蹊徑，開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)鈉離子電池關(guān)鍵材料和電解質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)，近年來(lái)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(chǔ)。2015年，該技術(shù)中心通過(guò)激光打孔聚酰亞胺石墨膜，開(kāi)發(fā)了多孔石墨集流體及相應(yīng)預(yù)鈉化技術(shù)，顯著降低了成本，提高鈉離子電池的能量密度（Electrochemistry Communications 2015, 61, 84–88; Journal of Power Sources, 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9）。2016年，通過(guò)原位固態(tài)化技術(shù)開(kāi)發(fā)出高離子電導(dǎo)率的聚丙烯酸酯基聚合物電解質(zhì)并進(jìn)行專(zhuān)利保護(hù)（ZL201610150608.1；ZL201611224300.3），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(shí)現(xiàn)了鈉電池倍率性能的大幅提升。2019年，構(gòu)筑了甲基乙烯基醚-馬來(lái)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(xiǎn)（Nano Res. 2019, 12, 2230-2237；ZL201911259343.9；ZL201911357076.9）。2022年，為進(jìn)一步提升電解質(zhì)的安全性，該技術(shù)中心又設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了兼顧高電壓穩(wěn)定性的磷酸酯阻燃新配方（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444–17453）和本征安全、綠色環(huán)保和成本低廉的水系電解質(zhì)（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041–33051；ZL202011071670.4；ZL202111281780.8）。
近期，固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在低成本鈉離子電池領(lǐng)域再獲重要進(jìn)展，研究成果相繼發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Adv. Energy Mater.》和《Energy Storage Mater.》上（圖1）。針對(duì)傳統(tǒng)水系電解質(zhì)中的自由水分子導(dǎo)致析氫、電極金屬離子溶出等問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(shí)現(xiàn)突破性提高（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589）。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)鈉金屬負(fù)極SEI中NaH是影響電池性能的主要因素，是導(dǎo)致鈉電池失效的一種重要機(jī)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(yīng)生成的（Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891）。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)當(dāng)前鈉離子電池電解質(zhì)領(lǐng)域，進(jìn)一步總結(jié)了當(dāng)前鈉離子電池電解質(zhì)中的基礎(chǔ)原理和研究進(jìn)展，并對(duì)電解質(zhì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望（Adv. Energy Mater. 2023, 2301758）。
圖2 青島能源所固態(tài)鈉離子電池應(yīng)用示范
基于上述研究基礎(chǔ)和技術(shù)積累，經(jīng)過(guò)十余年的努力，崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心成功研制出低成本、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；具有超高安全性，可以通過(guò)針刺測(cè)試，不冒煙、不燃燒、不爆炸，已實(shí)現(xiàn)在二輪電動(dòng)車(chē)的示范應(yīng)用（圖2）。未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將按照不同應(yīng)用場(chǎng)景，重點(diǎn)瞄準(zhǔn)低速電動(dòng)車(chē)、新能源汽車(chē)48 V電源系統(tǒng)、家庭儲(chǔ)能等領(lǐng)域，持續(xù)開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足市場(chǎng)系列鈉離子電池關(guān)鍵材料和核心技術(shù)。
