Betydande framsteg inom teknikforskning för natriumjonbatterier

Natriumjonbatteriet representerar en ny form av energilagringsteknik som efterträder litiumjonbatteriet. I motsats till litiumjonbatterier utnyttjar natriumjonbatterier de rikliga natriumresurser som finns på jorden, särskilt i salt som utvinns ur havsvatten, och använder vattenlösliga elektrolyter. Denna design erbjuder fördelarna med att utnyttja rika råmaterialkällor och eliminera behovet av ultrarena tillverkningsmiljöer. Som ett resultat förväntas nästa generations energilagringsbatterier produceras till en lägre kostnad.

På grund av den större jonradien av natriumjoner står natriumjonbatterier ofta inför utmaningar som låg kapacitet och otillräcklig cykelprestanda. Internationellt har många forskare utfört omfattande grundforskning om natriumjonelektrodmaterial, vilket ger anmärkningsvärda framsteg. Med stöd av National Natural Science Foundation of China (21336003 och 21073120) och National 973 Program (2014CB239700), tillämpade professor Ma Zifengs forskargrupp vid Shanghai Jiao Tong University grafenoxid för att förbättra Na2/3[Ni1/3Mn2/3] för industriell applikationer. De modifierade O2-elektroden och producerade en bindemedelsfri flexibel elektrod med höga konduktivitetsegenskaper. Anmärkningsvärt nog uppvisade denna elektrod en berömvärd kapacitet och cykelprestanda under laddnings- och urladdningscykler från 0,1 C till 10 C (J. Mater. Chem. A, 2 (2014) 6723-6727).

I ett nyligen genomfört genombrott använde forskargruppen kostnadseffektivt preussiskt blått material (NaMFe(CN)6) och optimerade dess interna molekylstruktur för att utveckla ett katodmaterial med hög kapacitet och lång livslängd för natriumjonbatterier med en specifik kapacitet upp till 118,2 mAh/g (vid 10 mA/g). Denna kapacitet var jämförbar med Na2MnFe(CN)6-material. Efter 800 cykler av laddning och urladdning vid en strömtäthet på 100 mA/g visade materialet en imponerande kapacitetsretention på 83,8 %, vilket överträffade Na2MnFe(CN)6-material avsevärt.

Noterbart uppnådde forskargruppen en banbrytande milstolpe genom att kombinera detta material med en negativ elektrod av hård kol för att skapa en prototyp av natriumjonbatteri för energilagring. Med en energitäthet som når 81,72 Wh/kg, dubbelt så mycket som ett blybatteri, lägger den en robust teknisk grund för industrialiseringen av energilagringsnatriumjonbatterier.