《水溶液中鈉離子的嵌入反應及其電池套用研究》是依託武漢大學，由錢江鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水溶液中鈉離子的嵌入反應及其電池套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：錢江鋒
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於鈉豐富的自然資源，鈉離子電池被認為是未來大規模儲能電站的理想配套電源。然而目前所報導的鈉離子電池，仍主要沿用易燃的有機電解液體系，存在著與鋰離子電池類似的安全隱患，難以完全滿足儲能領域的套用要求。為此，本項目提出基於水溶液電解質體系，發展高安全性鈉離子電池的新思路。項目擬在前期工作基礎上，根據水溶液電解液對儲鈉電極特殊的結構和性能要求，重點選擇過渡金屬氰根配合物正極、NaTi2(PO4)3、NaxTiO2等嵌入負極為研究對象，考察其在水溶液體系中的嵌鈉反應行為，發展出兼具高容量和良好循環穩定性的儲鈉電極材料. 在此基礎上, 構建幾類新型水溶液鈉離子電池，研究正負極材料在容量、效率、反應動力學等方面的匹配性，考察電池的循環性、自放電、能量與功率特性等，完善水溶液鈉離子電池的技術原理。項目研究成果可為新型電化學儲能體系的發展提供新的技術方向和基礎材料的支持。
結題摘要
水溶液鈉離子電池具有資源豐富、成本低廉等優點，在規模儲能領域表現出誘人的套用前景。通過本項目的實施，我們開發了一系列具有三維離子隧道結構的普魯士藍類化合物Na2MFe(CN)6(M=Ni, Cu, Fe, Co)作為高容量、長壽命的水系儲鈉正極，探索了普魯士藍材料儲鈉性能與晶格結構的相互關係，從抑制結構缺陷，提高晶格規整度等方面對普魯士藍材料進行了最佳化。同時，我們設計合成了兩種水系儲鈉負極，NaTi2(PO4)3/C納米複合物及聚醯亞胺PNFE有機材料，探究了其在水溶液中的氧化還原反應機理，實現了低電勢下的高容量可逆儲鈉性能。最後，我們將普魯士藍正極材料與NaTi2(PO4)3負極匹配，構建了幾類高比能的水溶液鈉離子全電池。其中，Na2CoFe(CN)6-NaTi2(PO4)3全電池體系的平均工作電壓為~1.4 V， 能量密度高達~67 Wh kg-1，並實現了高倍率、長壽命穩定循環，有望發展成為具有套用前景的大規模儲能體系。
