長寿命化が進むナトリウムイオン電池(Longer Lasting Sodium-Ion Batteries on the Horizon)

ad
ad
ad
ad

技術的課題を克服した先進のナトリウムイオン電池設計 An advanced sodium-ion battery design overcomes technical hurdles

2022-07-13 アメリカ・パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所の研究チームは、実験室試験で寿命を大幅に延ばしたナトリウムイオン電池を開発した。電池の液芯を構成する成分を工夫することで、ナトリウム系電池を悩ませてきた性能上の問題を防ぐことができたのだ。この研究成果は、『Nature Energy』誌に掲載され、将来、電気自動車の動力源や太陽エネルギーを貯蔵するための電池の有望なレシピを提供するものである。
液体を流す塩の種類を変え、まったく新しい電解液レシピを開発した。実験室でのテストでは、この新しい設計は耐久性があり、4.2Vで300サイクル後に電池容量の90%を維持した。この値は、これまで報告されてきた多くのナトリウムイオン電池よりも高い。
PNNLが開発した新しいナトリウムイオン技術では、自然に火が消える溶液を使用しており、温度変化にも強く、高電圧での動作も可能である。この特徴の鍵の一つは、陽極に形成される超薄型の保護層です。この超薄膜は一度形成されると安定した状態を保ち、研究論文で報告された長いサイクル寿命を実現している。

<関連情報>

高電圧ナトリウムイオン電池のための低溶媒和電解質 Low-solvation electrolytes for high-voltage sodium-ion batteries

Yan Jin,Phung M. L. Le,Peiyuan Gao,Yaobin Xu,Biwei Xiao,Mark H. Engelhard,Xia Cao,Thanh D. Vo,Jiangtao Hu,Lirong Zhong,Bethany E. Matthews,Ran Yi,Chongmin Wang,Xiaolin Li,Jun Liu & Ji-Guang Zhang
Nature Energy  Published:16 June 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-022-01055-0

Abstract

Sodium-ion batteries (NIBs) have attracted worldwide attention for next-generation energy storage systems. However, the severe instability of the solid–electrolyte interphase (SEI) formed during repeated cycling hinders the development of NIBs. In particular, the SEI dissolution in NIBs with a high-voltage cathode is more severe than in the case of Li-ion batteries (LIBs) and leads to continuous side reactions, electrolyte depletion and irreversible capacity loss, making NIBs less stable than LIBs. Here we report a rational electrolyte design to suppress the SEI dissolution and enhance NIB performance. Our electrolyte lowers the solvation ability for SEI components and facilitates the formation of insoluble SEI components, which minimizes the SEI dissolution. In addition to the stable SEI on a hard carbon (HC) anode, we also show a stable interphase formation on a NaNi0.68Mn0.22Co0.1O2 (NaNMC) cathode. Our HC||NaNMC full cell with this electrolyte demonstrates >90% capacity retention after 300 cycles when charged to 4.2 V. This study enables high-voltage NIBs with long cycling performance and provides a guiding principle in electrolyte design for sodium-ion batteries.

タイトルとURLをコピーしました