基於鈉離子反應的清潔儲能電池體系

《基於鈉離子反應的清潔儲能電池體系》是依託武漢大學，由楊漢西擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於鈉離子反應的清潔儲能電池體系
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：楊漢西
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

鈉離子電池具有資源豐富、成本低廉、環境友好等顯著優點，是理想的大規模儲能體系。由於鈉離子在大多數晶體化合物中的結構穩定性和動力學障礙，鈉離子電池的發展一直未能獲得突破。我們發現，在許多結構不同的材料體系上，鈉離子能夠實現高效、可逆的電化學合金化反應和嵌入反應，從而可以構建高能量密度的鈉離子電池。本申請擬系統研究電負性元素及其化合物的負極儲鈉反應、在大隧道結構化合物中的嵌入正極反應、在柔性導電聚合物中的摻雜反應；在此基礎上發展合適的正負極材料體系，構建基於有機電解質、水溶液電解質和全有機材料的三類代表性鈉離子電池。通過本項目的實施，一方面可以加強我國在鈉離子技術這一新領域的先發優勢，為我國電化學學科的發展開拓新方向；另一方面，所構建的清潔、低成本的鈉離子儲能及動力電池可為大規模套用提供先進的示範體系，促進我國新能源領域的技術創新和套用發展。

結題摘要

本項目按照任務書的任務，對儲鈉無機正負極材料和有機電極材料進行的研究，並考察了其在水系、有機系電解液體系和固態電解質體系的電化學性能，發展了一系列儲鈉電池體系，為儲鈉二次電池發展提供了參考。主要內容包括：研製了三類嵌鈉正極材料（普魯士藍、氧化物正極和磷酸鹽材料），重點分析了普魯士藍基正極材料的儲鈉構效關係，並採用控制結晶法調控了其隧道結構；開發了醯亞胺類有機晶體、納米花型有機羧酸鹽和S@pPAN複合物三種有機/聚合物儲鈉材料，並闡明了各自的儲鈉機制；發展了基於普魯士藍類正極/鈦基負極和聚合物的全有機電極水溶液鈉離子電池，其中有機/聚合物鈉離子電池體系能量密度高，循環壽命長，展現出極好的套用價值。同時研製了固態鈉離子電池，該固態鈉離子電池在摩擦納米發電機電能儲存中表現出優異的循環穩定性。這些成果為下一步開發適用於規模儲能的鈉離子電池奠定了堅實的基礎。項目執行期間，發表重要學術論文58篇，申請中國發明專利12件，授權美國發明專利2件；參與國內國際學術交流22人次；培養博士後1名，博士生10名，碩士生9名。