칭다오생물에너지공정연구소(QIBEP), 저비용 고보안 나트륨이온전지 분야에서 일련의 진전을 이루다

중국의 '14차 5개년 계획'과 '신에너지 저장장치 개발 가속화에 대한 지도 의견'에서는 나트륨 이온 배터리 및 기타 기술의 연구 개발을 가속화하고 대규모 사업을 수행할 것을 제안했습니다. 실험적인 시연. 이는 나트륨이온전지 기술 연구개발이 국가 전략으로 떠올랐음을 여실히 보여준다. 리튬 자원의 부족, 중국의 풍부한 나트륨 매장량에 비해 가격이 저렴하므로 대규모 에너지 저장 분야의 나트륨 이온 배터리는 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다. 그러나 현재 나트륨 이온 배터리의 산업화 과정에는 에너지 밀도가 낮고 사이클 수명이 짧아지는 등의 문제가 있어 추가 적용이 심각하게 제한되고 있습니다.
중국과학원 칭다오에너지연구소 추이광레이(Cui Guanglei) 연구원이 이끄는 고체에너지시스템기술센터는 2011년부터 국가 전략적 수요와 기초과학적 문제를 종합적으로 고려하여 나트륨이온전지 개발을 시작했다. 수많은 나트륨이온전지 핵심소재와 전해액 핵심기술을 독창적인 방식으로 개발해 왔으며, 최근 몇 년간 중요한 성과를 거두며 나트륨이온전지 산업화 발전을 위한 연구 기반을 마련했습니다. . 2015년 기술센터에서는 폴리이미드 흑연 필름의 레이저 천공을 통한 다공성 흑연 수집기 및 이에 상응하는 전나트륨화 기술을 개발하여 나트륨이온전지의 비용을 대폭 절감하고 에너지 밀도를 향상시켰다(Electrochemistry Communications 2015, 61, {{9} }; Journal of Power Sources 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9). 2016년에는 이온 전도성이 높은 폴리아크릴레이트 기반 고분자 전해질을 개발하여 현장 응고법으로 특허를 취득했습니다(ZL201610150608.1; ZL2016112243.1). ). ZL201611224300.3)은 고체전해질과 전극재료 사이의 계면 이온 전달 성능을 향상시켜 나트륨전지의 다중성 성능을 대폭 향상시켰다. 2019년에는 메틸비닐에테르-말레산 무수물 공중합체 고체 고분자 나트륨 배터리가 제작되었으며, 조립된 소프트 포장 나트륨 배터리는 굽힘이나 모서리 절단 등의 가혹한 조건에서도 누출이나 화재 위험 없이 안전하게 작동할 수 있습니다. 액체 누출이나 화재 위험이 발생하지 않습니다(Nano Res. 2019, 12, 2230-2237; ZL201911259343.9; ZL201911357076.9). 2022년, 기술센터는 전해질의 안전성을 더욱 향상시키기 위해 고전압의 안정성을 고려한 새로운 난연성 인산염 에스테르 제제를 설계 및 개발했습니다. 2022년에는 전해질의 안전성을 더욱 향상시키기 위해 고전압 안정성을 갖춘 새로운 인산염 에스테르 난연제 제제를 설계 및 개발했습니다(ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444-17453). 본질적으로 안전하고 친환경적이며 저렴한 수성 전해질(ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041-33051; ZL202011357076.9). -33051; ZL202011071670.4; ZL202111281780.8).
최근 고체에너지시스템기술센터는 저가형 나트륨이온전지 분야에서 괄목할 만한 성과를 거두고 있으며, 연구 결과는 국제 권위 저널인 Angew에 게재됐다. 화학. 국제 Ed., Adv. 에너지메이터. 및 에너지 저장 물질. (그림 1). 연구팀은 기존 수계 전해액에서 유리수 분자로 인해 발생하는 수소 석출 및 전극 금속 이온 용해 문제에 대응해 수소 결합 조절을 통해 나트륨이온 배터리용 초고농도 고분자 전해질의 새로운 시스템을 확보했다. 메틸화 및 나트륨 배터리의 사이클링 안정성이 획기적인 개선을 달성했습니다(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589). 동시에 연구팀은 나트륨 금속 음극 SEI에 포함된 NaH가 나트륨 배터리의 고장을 일으키는 중요한 메커니즘인 배터리 성능에 영향을 미치는 주요 요인이며, 자발적인 반응으로 NaH가 생성된다는 사실을 밝혀냈다. 배터리 사이클에서 생성된 수소와 증착된 나트륨 금속 사이(Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891). 연구팀은 나아가 현재 나트륨이온전지용 전해질의 기본 원리와 연구 진행 상황을 정리하고, 향후 전해질 개발을 기대한다(Adv. Energy Mater. 2023, 2301758).

그림 1 고체에너지시스템기술센터 나트륨이온전지 기초연구 진행상황.
이상의 연구 기반과 기술 축적을 바탕으로, Guanglei Cui 연구원이 이끄는 고체 에너지 시스템 기술 센터는 10년 이상의 노력 끝에 저비용, 고안전성, 고성능 고체 나트륨 이온 개발에 성공했습니다. 배터리. 현재 개발된 전고체 나트륨이온 배터리는 전기 코어의 에너지 밀도가 140Wh/kg 이상, 배터리 모듈의 비에너지 밀도가 110Wh/kg 이상입니다. 연기, 연소 또는 폭발 없이 핀프릭 테스트를 통과할 수 있는 매우 높은 안전성을 갖추고 있으며 이륜 전기 자동차의 시연 애플리케이션에서 실현되었습니다(그림 2). 앞으로도 팀은 저속 전기 자동차, 신 에너지 자동차 48V 전원 공급 시스템, 가정용을 중심으로 다양한 응용 시나리오에 따라 시장 요구를 충족하기 위해 나트륨 이온 배터리의 핵심 소재 및 핵심 기술을 지속적으로 개발할 것입니다. 에너지 저장 및 기타 분야.