Aanzienlijke vooruitgang in onderzoek naar technologie voor natriumionbatterijen

De natrium-ionbatterij vertegenwoordigt een nieuwe vorm van energieopslagtechnologie, als opvolger van de lithium-ionbatterij. In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen maken natriumionbatterijen gebruik van de overvloedige natriumbronnen die op aarde voorkomen, vooral in zout dat uit zeewater wordt gewonnen, en maken ze gebruik van in water oplosbare elektrolyten. Dit ontwerp biedt de voordelen van het aanboren van rijke grondstoffenbronnen en het elimineren van de behoefte aan ultraschone productieomgevingen. Als gevolg hiervan wordt verwacht dat de volgende generatie energieopslagbatterijen tegen lagere kosten zal worden geproduceerd.

Vanwege de grotere ionenstraal van natriumionen worden natriumionbatterijen vaak geconfronteerd met uitdagingen zoals een lage capaciteit en onvoldoende cyclusprestaties. Internationaal hebben talloze wetenschappers uitgebreid fundamenteel onderzoek gedaan naar materialen voor natriumionelektroden, wat opmerkelijke vooruitgang heeft opgeleverd. Ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (21336003 en 21073120) en het National 973 Program (2014CB239700), heeft de onderzoeksgroep van professor Ma Zifeng aan de Shanghai Jiao Tong University grafeenoxide toegepast om Na2/3[Ni1/3Mn2/3] te verbeteren voor industriële toepassingen. toepassingen. Ze hebben de O2-elektrode aangepast, waardoor een flexibele elektrode zonder bindmiddel met hoge geleidbaarheidseigenschappen ontstond. Opmerkelijk genoeg vertoonde deze elektrode een lovenswaardige capaciteit en cyclusprestaties bij laad- en ontlaadcycli variërend van 0,1 °C tot 10 °C (J. Mater. Chem. A, 2 (2014) 6723-6727).

Bij een recente doorbraak heeft het onderzoeksteam kosteneffectief Pruisisch blauw materiaal (NaMFe(CN)6) gebruikt en de interne moleculaire structuur ervan geoptimaliseerd om een ​​kathodemateriaal voor natriumionenbatterijen met hoge capaciteit en lange levensduur te ontwikkelen met een specifieke capaciteit. tot 118,2 mAh/g (bij 10 mA/g). Deze capaciteit was vergelijkbaar met Na2MnFe(CN)6-materiaal. Na 800 laad- en ontlaadcycli bij een stroomdichtheid van 100 mA/g vertoonde het materiaal een indrukwekkend capaciteitsbehoud van 83,8%, waarmee het Na2MnFe(CN)6-materiaal aanzienlijk overtrof.

Het onderzoeksteam heeft met name een baanbrekende mijlpaal bereikt door dit materiaal te combineren met een harde koolstof-negatieve elektrode om een ​​prototype van een natrium-ionbatterij voor energieopslag te creëren. Met een energiedichtheid van 81,72 Wh/kg, het dubbele van die van een loodzuurbatterij, legt het een robuuste technische basis voor de industrialisatie van natriumionbatterijen voor energieopslag.