太阳集团网tyc9728（北京）在海上储能用高安全固态钠电池领域取得重要研究进展
近日，太阳集团网tyc9728（北京）安全与海洋工程学院副教授邱水来、新能源与材料学院教授黄国勇等合作，在海上储能用高安全固态钠电池领域取得重要研究进展，针对固态钠电池长期存在的固体电解质离子电导率偏低与界面副反应严重两大技术瓶颈，创新性地提出“竞争性溶剂化重构”策略，为高安全、快充型固态钠电池的开发提供了全新的材料设计思路。相关研究成果以“Competitive Solvation-Driven Interface Stabilization for Protic Deep Eutectic Solid Electrolyte in Sodium-Metal Batteries（竞争性溶剂化驱动质子型深共晶固态电解质界面稳定化及其在钠金属电池中的应用）”为题，发表于材料科学领域国际顶级学术期刊《Advanced Materials》。
图1. 海上钻井平台及其配套使用大型钠离子电池储能电站概念图
海上采油平台、浮式生产储卸油装置（FPSO）等深远海设施对储能技术提出了“高安全+快充放”的双重严苛要求。钠基电池因资源丰富、成本低廉且过放电耐受性更优，契合此类场景需求，但传统钠电池使用有机液态电解液，在高温、高湿、高盐雾的海洋环境中安全隐患尤为突出。将电解液固态化是破解安全性问题的根本路径，但固体电解质离子电导率远低于液态电解液，且与钠金属负极之间界面副反应严重——尤其当引入质子型深共晶电解质（如N-甲基乙酰胺，NMA）以提升导电性时，NMA分子中的活性氢极易与钠发生剧烈副反应，导致界面阻抗急剧升高、循环寿命大幅缩短。现有界面优化策略仅聚焦于SEI膜单一组分的被动调控，未能从源头抑制副反应。
图2. 竞争性溶剂化结构驱动界面稳定策略机理示意图
针对这一长期未解的核心矛盾，研究团队提出了一种“主动式”溶剂化重构策略：在NaTFSI-NMA深共晶体系中引入极性碳酸酯分子，利用其更强的配位能力使碳酸酯优先占据钠离子第一溶剂化层，将反应性NMA分子“挤”至外层，从源头上隔离NMA与钠负极的直接接触、抑制副反应。该竞争性配位效应同时削弱了钠离子与阴离子的结合，促进钠盐解离，显著提升了自由钠离子浓度与迁移速率。优化后的复合固态电解质（PNDC）室温离子电导率达2.82mS·cm⁻¹，是未添加碳酸酯样品的16.6倍；钠离子迁移数高达0.77，为前者的5.1倍；活化能低至0.12eV，电化学窗口拓宽至4.8V。基于该电解质组装的钠金属电池在5C高倍率下稳定循环超过2500次，容量保持率65%。软包电池经针刺、折叠、切割等极端滥用测试均未发生燃烧、爆炸或漏液，充分验证了该体系在恶劣工况下的高安全性，尤其适用于海上平台等对安全要求极为严苛的特殊场景。
图3. 固态钠电池的电化学性能与安全性能测试结果
太阳集团网tyc9728（北京）安全与海洋工程学院联合新能源与材料学院等成立了新能源安全研究中心，电化学储能系统热安全与失效机理是其重点聚焦方向之一。此次在固态钠电池界面稳定策略上的重要突破，正是该中心交叉研究模式的阶段性成果，为储能安全领域的深入研究奠定了坚实基础。未来，团队将围绕钠/锂电池安全功能材料开发、早期热失控智能预警算法、应急隔离与灭火一体化技术等方向开展系统攻关，力争为我国海洋能源装备安全升级与新能源产业高质量发展提供持续的技术储备。
本研究工作得到了福州大学张久俊院士、郑云教授以及清华大学尚振副研究员等的大力支持与共同参与。