El Instituto de Investigación de Procesos y Bioenergía de Qingdao (QIBEP) logra una serie de avances en el campo de las baterías de iones de sodio de bajo costo y alta seguridad

En el "Decimocuarto Plan Quinquenal" de China y en las "Opiniones Orientadoras sobre la Aceleración del Desarrollo de Nuevo Almacenamiento de Energía", se propone acelerar la investigación y el desarrollo de baterías de iones de sodio y otras tecnologías, así como llevar a cabo proyectos a gran escala. demostraciones experimentales. Esto demuestra plenamente que la investigación y el desarrollo de la tecnología de baterías de iones de sodio se han convertido en una estrategia nacional. En comparación con la escasez de recursos de litio y sodio en las abundantes reservas de China, el precio es más barato, por lo que la batería de iones de sodio en el campo del almacenamiento de energía a gran escala tiene amplias perspectivas de aplicación. Sin embargo, la industrialización actual de las baterías de iones de sodio todavía existe en el proceso de menor densidad de energía, ciclo de vida más corto y otros problemas, lo que limita seriamente su aplicación futura.
El Centro de Tecnología del Sistema de Energía de Estado Sólido dirigido por el investigador Cui Guanglei del Instituto de Energía de Qingdao de la Academia de Ciencias de China, comenzó a diseñar la batería de iones de sodio en 2011, combinado con las necesidades estratégicas nacionales y las cuestiones científicas básicas en su conjunto, basándose a la vanguardia, una forma única de desarrollar una serie de materiales clave para baterías de iones de sodio y tecnologías clave de electrolitos, y en los últimos años ha logrado una serie de resultados importantes, sentando las bases de la investigación para el desarrollo de la industrialización de las baterías de iones de sodio. . En 2015, el centro tecnológico desarrolló un colector de grafito poroso y la correspondiente tecnología de presodioación mediante perforación láser de una película de grafito de poliimida, lo que redujo significativamente el costo y mejoró la densidad de energía de las baterías de iones de sodio (Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9). En 2016, se desarrollaron y patentaron electrolitos poliméricos a base de poliacrilato con alta conductividad iónica mediante solidificación in situ (ZL201610150608.1; ZL2016112243.1 ). ZL201611224300.3), que mejoró el rendimiento del transporte de iones interfacial entre el electrolito de estado sólido y el material del electrodo, logrando un aumento significativo en el rendimiento de multiplicidad de las baterías de sodio. En 2019, un polímero de estado sólido de copolímero de metil vinil éter-anhídrido maleico Se construyó una batería de sodio, y las baterías de sodio empaquetadas blandas ensambladas aún pueden funcionar de manera segura en las duras condiciones de flexión o corte de esquinas, sin fugas ni riesgos de incendio. No se produce ninguna fuga de líquido ni riesgo de incendio (Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). En 2022, con el fin de mejorar aún más la seguridad del electrolito, el centro tecnológico diseñó y desarrolló una nueva fórmula de éster de fosfato retardante de llama que tiene en cuenta la estabilidad del alto voltaje. En 2022, con el fin de mejorar aún más la seguridad de los electrolitos, el centro diseñó y desarrolló una nueva formulación retardante de llama de éster fosfato con alta estabilidad de voltaje (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453) y un electrolito acuoso intrínsecamente seguro, ecológico y de bajo costo (ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
Recientemente, el Centro de Tecnología de Sistemas de Energía de Estado Sólido ha logrado avances significativos en el campo de las baterías de iones de sodio de bajo costo y los resultados de la investigación se han publicado en las revistas internacionales autorizadas Angew. Química. En t. Ed., Adv. Materia energética. y Materia de Almacenamiento de Energía. (Figura 1). En respuesta a los problemas de precipitación de hidrógeno y disolución de iones metálicos de electrodos causados ​​por las moléculas de agua libres en el electrolito acuoso tradicional, el equipo de investigación obtuvo un nuevo sistema de electrolito polimérico de concentración ultraalta para baterías de iones de sodio mediante la regulación de los enlaces de hidrógeno mediante la metilación y la estabilidad cíclica de las baterías de sodio lograron una gran mejora (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). Al mismo tiempo, el equipo de investigación descubrió que el NaH en el ánodo metálico de sodio SEI es un factor importante que afecta el rendimiento de la batería, que es un mecanismo importante que conduce al fallo de las baterías de sodio, y que el NaH se genera por reacción espontánea. entre el hidrógeno generado en el ciclo de la batería y el sodio metálico depositado (Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). El equipo de investigación resume además los principios fundamentales y el progreso de la investigación en los electrolitos actuales para baterías de iones de sodio y espera con interés el desarrollo futuro de los electrolitos (Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

Fig. 1 Avance de la investigación básica sobre baterías de iones de sodio en el Centro Tecnológico de Sistemas de Energía de Estado Sólido.
Sobre la base de la base de investigación y la acumulación de tecnología mencionadas anteriormente, después de más de diez años de esfuerzos, el Centro de Tecnología de Sistemas de Energía de Estado Sólido dirigido por el investigador Guanglei Cui ha desarrollado con éxito sistemas de iones de sodio de estado sólido de bajo costo, alta seguridad y alto rendimiento. baterías. La batería de iones de sodio de estado sólido desarrollada actualmente tiene una densidad de energía de más de 140 Wh/kg en el núcleo eléctrico y una densidad de energía específica de más de 110 Wh/kg en el módulo de batería; Tiene una seguridad ultra alta, que puede pasar la prueba de pinchazo sin humo, combustión o explosión, y se ha realizado en la aplicación de demostración de vehículos eléctricos de dos ruedas (Figura 2). En el futuro, el equipo continuará desarrollando materiales clave y tecnologías centrales para baterías de iones de sodio para satisfacer las necesidades del mercado de acuerdo con diferentes escenarios de aplicación, centrándose en vehículos eléctricos de baja velocidad, vehículos de nueva energía, sistemas de suministro de energía de 48 V, hogar. almacenamiento de energía y otros campos.