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美國固態(tài)鈉電池研發(fā)獲新突破,這項技術(shù)中國進(jìn)展如何?

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美國固態(tài)鈉電池研發(fā)獲新突破,這項技術(shù)中國進(jìn)展如何?

固態(tài)電池和鈉離子電池的組合已進(jìn)入國內(nèi)電池研發(fā)人員的視野。

圖片來源:界面新聞

界面新聞記者 | 高菁

固態(tài)鈉離子電池技術(shù)研發(fā)又有新進(jìn)展。

12月19日,美國馬里蘭大學(xué)宣布,該校能源創(chuàng)新研究所教授Eric Wachsman領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊開發(fā)出一種性能優(yōu)于當(dāng)前鈉離子電池的新型固態(tài)鈉離子電池架構(gòu)。

它使用了更穩(wěn)定的陶瓷固態(tài)電解質(zhì),相較于液體電解質(zhì),這種電解質(zhì)不易燃,安全性更強。其采用了鈉金屬作為負(fù)極,使得電池能夠獲得更高的能量密度。

鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似,主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。相較于鋰離子電池,鈉離子電池具有資源儲備量豐富、成本低等優(yōu)勢,但在能量密度方面落后于鋰離子電池。

鈉離子電池與鋰離子電池多采用液態(tài)電解質(zhì),容易出現(xiàn)漏液、燃燒等問題,而使用固態(tài)電解質(zhì)取代易燃的有機(jī)液態(tài)電解液,可有效提高電池的安全性,這類電池也被稱為固態(tài)電池。固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)是此項技術(shù)的主要難點。

馬里蘭大學(xué)稱,上述固態(tài)鈉離子電池特殊的負(fù)極和電解質(zhì)材料使得其負(fù)極界面的電阻有效降低至3.5 Ωcm2,有利于鈉離子的快速傳輸。

該電池每平方厘米的表面上能夠創(chuàng)紀(jì)錄地通過40 mA的電流,滿足高速充放電的需求。同時,它還能夠在每平方厘米的表面上儲存和釋放10.8 AH的電荷,能夠滿足電池長時工作的需求。

為驗證該新型固態(tài)鈉離子電池架構(gòu)的性能,馬里蘭大學(xué)的研究人員將軟包電池外殼、磷酸釩鈉正極與鈉金屬負(fù)極和陶瓷固態(tài)電解質(zhì)組裝在一起,在室溫下實現(xiàn)了2C速率循環(huán),這意味著電池能夠在半小時內(nèi)充滿或放完電。

固態(tài)電池和鈉離子電池都被視作下一代電池技術(shù),兩者的組合此前也已進(jìn)入國內(nèi)電池研發(fā)人員的視野。

2020年,中科院大連化學(xué)物理研究所公布了一款具有高能量密度、長壽命等特點的全固態(tài)鈉離子電池,由二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊等人共同研制。

該款軟包鈉離子電池在平鋪和彎折狀態(tài)下循環(huán)535次后,仍可保持355 Wh/kg的能量密度。軟包是電池的三種封裝方式之一,其他封裝方式還包括方形和圓柱。

今年9月,中國科學(xué)院物理研究所(北京凝聚態(tài)物理國家研究中心)胡勇勝團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一類新型粘彈性無機(jī)玻璃固體電解質(zhì),克服了有機(jī)聚合物固態(tài)電池界面化學(xué)穩(wěn)定性較差、無法與高電壓正極兼容等問題,使得固態(tài)鈉離子電池能夠耐受高壓,并保持良好的循環(huán)率。

10月,中國科學(xué)院青島能源所發(fā)文稱,崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心成功研制出了固態(tài)鈉離子電池,其電芯能量密度超140 Wh/kg,已實現(xiàn)在二輪電動車的示范應(yīng)用。該團(tuán)隊未來還將重點針對低速電動車、新能源汽車48 V電源系統(tǒng)、家庭儲能等領(lǐng)域繼續(xù)開展研發(fā)工作。

國內(nèi)的固態(tài)鈉離子電池研發(fā)成果大多公布了能量密度等關(guān)鍵參數(shù),但界面新聞未能查詢到馬里蘭大學(xué)所發(fā)布成果的同類數(shù)據(jù),因此無法直接對比產(chǎn)品的性能高低。

截至目前,固態(tài)鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化層面并未大范圍鋪開。僅有廣州昊威新能源科技有限公司(下稱昊威新能源)公布了這項技術(shù)的量產(chǎn)投資計劃。

今年9月,該公司宣布將在重慶投資100億元,建設(shè)固態(tài)方形鈉離子電池生產(chǎn)線項目,年產(chǎn)能30 GWh。昊威新能源注冊成立于2021年,何懷福持有該公司全部股權(quán)。

比克電池則在今年7月透露,正在探索鈉離子電池性能改善的新路徑,即“半固態(tài)+鈉電”的組合,目前已開啟中試樣品階段。半固態(tài)電池是液態(tài)電池和全固態(tài)電池的折中方案,其電解質(zhì)形態(tài)介于液態(tài)和固態(tài)之間。

寧德時代(300750.SZ)、比亞迪(002594.SZ)等電池龍頭并未公布在固態(tài)鈉離子電池技術(shù)路線方面的研發(fā)成果。

寧德時代于2021年7月發(fā)布了第一代鈉離子電池,該產(chǎn)品其采用了液態(tài)電解質(zhì),能量密度為160 Wh/kg,接近磷酸鐵鋰電池。后者是目前主流的鋰電池技術(shù)。

高工產(chǎn)研GGII曾分析稱,“現(xiàn)階段,(半)固態(tài)鈉離子電池仍處于開發(fā)初期,隨著專利技術(shù)儲備增加與突破,(半)固態(tài)鈉離子電池有望在2026-2027年實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)?!?/span>

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美國固態(tài)鈉電池研發(fā)獲新突破,這項技術(shù)中國進(jìn)展如何?

固態(tài)電池和鈉離子電池的組合已進(jìn)入國內(nèi)電池研發(fā)人員的視野。

圖片來源:界面新聞

界面新聞記者 | 高菁

固態(tài)鈉離子電池技術(shù)研發(fā)又有新進(jìn)展。

12月19日,美國馬里蘭大學(xué)宣布,該校能源創(chuàng)新研究所教授Eric Wachsman領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊開發(fā)出一種性能優(yōu)于當(dāng)前鈉離子電池的新型固態(tài)鈉離子電池架構(gòu)。

它使用了更穩(wěn)定的陶瓷固態(tài)電解質(zhì),相較于液體電解質(zhì),這種電解質(zhì)不易燃,安全性更強。其采用了鈉金屬作為負(fù)極,使得電池能夠獲得更高的能量密度。

鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似,主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。相較于鋰離子電池,鈉離子電池具有資源儲備量豐富、成本低等優(yōu)勢,但在能量密度方面落后于鋰離子電池。

鈉離子電池與鋰離子電池多采用液態(tài)電解質(zhì),容易出現(xiàn)漏液、燃燒等問題,而使用固態(tài)電解質(zhì)取代易燃的有機(jī)液態(tài)電解液,可有效提高電池的安全性,這類電池也被稱為固態(tài)電池。固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)是此項技術(shù)的主要難點。

馬里蘭大學(xué)稱,上述固態(tài)鈉離子電池特殊的負(fù)極和電解質(zhì)材料使得其負(fù)極界面的電阻有效降低至3.5 Ωcm2,有利于鈉離子的快速傳輸。

該電池每平方厘米的表面上能夠創(chuàng)紀(jì)錄地通過40 mA的電流,滿足高速充放電的需求。同時,它還能夠在每平方厘米的表面上儲存和釋放10.8 AH的電荷,能夠滿足電池長時工作的需求。

為驗證該新型固態(tài)鈉離子電池架構(gòu)的性能,馬里蘭大學(xué)的研究人員將軟包電池外殼、磷酸釩鈉正極與鈉金屬負(fù)極和陶瓷固態(tài)電解質(zhì)組裝在一起,在室溫下實現(xiàn)了2C速率循環(huán),這意味著電池能夠在半小時內(nèi)充滿或放完電。

固態(tài)電池和鈉離子電池都被視作下一代電池技術(shù),兩者的組合此前也已進(jìn)入國內(nèi)電池研發(fā)人員的視野。

2020年,中科院大連化學(xué)物理研究所公布了一款具有高能量密度、長壽命等特點的全固態(tài)鈉離子電池,由二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊等人共同研制。

該款軟包鈉離子電池在平鋪和彎折狀態(tài)下循環(huán)535次后,仍可保持355 Wh/kg的能量密度。軟包是電池的三種封裝方式之一,其他封裝方式還包括方形和圓柱。

今年9月,中國科學(xué)院物理研究所(北京凝聚態(tài)物理國家研究中心)胡勇勝團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一類新型粘彈性無機(jī)玻璃固體電解質(zhì),克服了有機(jī)聚合物固態(tài)電池界面化學(xué)穩(wěn)定性較差、無法與高電壓正極兼容等問題,使得固態(tài)鈉離子電池能夠耐受高壓,并保持良好的循環(huán)率。

10月,中國科學(xué)院青島能源所發(fā)文稱,崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心成功研制出了固態(tài)鈉離子電池,其電芯能量密度超140 Wh/kg,已實現(xiàn)在二輪電動車的示范應(yīng)用。該團(tuán)隊未來還將重點針對低速電動車、新能源汽車48 V電源系統(tǒng)、家庭儲能等領(lǐng)域繼續(xù)開展研發(fā)工作。

國內(nèi)的固態(tài)鈉離子電池研發(fā)成果大多公布了能量密度等關(guān)鍵參數(shù),但界面新聞未能查詢到馬里蘭大學(xué)所發(fā)布成果的同類數(shù)據(jù),因此無法直接對比產(chǎn)品的性能高低。

截至目前,固態(tài)鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化層面并未大范圍鋪開。僅有廣州昊威新能源科技有限公司(下稱昊威新能源)公布了這項技術(shù)的量產(chǎn)投資計劃。

今年9月,該公司宣布將在重慶投資100億元,建設(shè)固態(tài)方形鈉離子電池生產(chǎn)線項目,年產(chǎn)能30 GWh。昊威新能源注冊成立于2021年,何懷福持有該公司全部股權(quán)。

比克電池則在今年7月透露,正在探索鈉離子電池性能改善的新路徑,即“半固態(tài)+鈉電”的組合,目前已開啟中試樣品階段。半固態(tài)電池是液態(tài)電池和全固態(tài)電池的折中方案,其電解質(zhì)形態(tài)介于液態(tài)和固態(tài)之間。

寧德時代(300750.SZ)、比亞迪(002594.SZ)等電池龍頭并未公布在固態(tài)鈉離子電池技術(shù)路線方面的研發(fā)成果。

寧德時代于2021年7月發(fā)布了第一代鈉離子電池,該產(chǎn)品其采用了液態(tài)電解質(zhì),能量密度為160 Wh/kg,接近磷酸鐵鋰電池。后者是目前主流的鋰電池技術(shù)。

高工產(chǎn)研GGII曾分析稱,“現(xiàn)階段,(半)固態(tài)鈉離子電池仍處于開發(fā)初期,隨著專利技術(shù)儲備增加與突破,(半)固態(tài)鈉離子電池有望在2026-2027年實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)?!?/span>

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