维度网讯，新加坡国立大学设计与工程学院机械工程系副教授Palani Balaya带领的研究团队，通过使用一种低成本石墨氮化碳（GCN）添加剂，成功解决了全固态钠电池在安全性和性能上的关键难题。该成果为实现安全、经济的全固态钠电池提供了一条可扩展的途径，相关研究发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

锂资源全球分布不均且成本上涨，促使业界寻找替代方案。钠在地壳中的丰度约为锂的1000倍，可从海水中提取，使其成为电网级储能的理想选择。然而，大多数钠离子电池依赖易燃液态电解质，存在安全风险。固态聚合物电解质可消除这些隐患，但其钠离子传导速度慢，且与钠金属负极接触不稳定，易形成枝晶导致短路。

研究团队将GCN添加到由聚环氧乙烷和钠盐制成的聚合物电解质薄膜中。GCN是一种富氮材料，可将尿素在空气中加热至550摄氏度合成，形成约两纳米厚的薄片。GCN的高比表面积会破坏聚合物形成刚性晶体区域的倾向，促进柔性无序区域的形成，使钠离子更自由地移动；同时，其表面的富氮活性位点会将钠离子从其对应的钠盐中拉开，释放更多载流子。这种综合效应使电解质在55摄氏度下的离子电导率提高一倍以上，并将迁移数从0.19提高到0.51，降低极化并提升效率。

GCN添加剂还改变了电解质与钠金属电极之间的界面。这种复合聚合物的强度是未改性聚合物的三倍，可物理阻止枝晶穿透。同时，添加剂促进电极表面形成富含无机物的钠基保护层，引导钠均匀沉积并抑制副反应。在0.1mA cm⁻²电流密度下，改性电解质稳定运行1000小时未短路，而未改性电解质在250小时内即发生短路；在0.2 mA cm⁻²电流密度下，改性电解质运行超过2000小时无故障。

研究团队组装了采用碳包覆锌掺杂磷酸钒钠阴极和钠金属阳极的全固态电池进行评估。在0.5C充放电倍率下，该电池在500次循环后仍保持95%容量，库仑效率约99.97%，并能承受高达2C倍率，在恢复到较低倍率后恢复99%的容量。研究人员还构建了一个单层软包电池，在折叠、展开甚至切割过程中仍能为发光二极管供电，未发生短路。

该全固态系统是新加坡国立大学设计与工程学院钠离子电池研究项目的最新成果。该团队还开发了不可燃液态电解质，可承受60秒的直接火焰接触，并在高达270摄氏度的温度下保持稳定；此外还开发了阻燃电解质以及耐湿层状氧化物阴极。目前，团队正优化固态钠离子电池以实现接近室温的稳定运行，目标在45摄氏度下实现稳定性能，同时开发双极全固态架构以提升能量密度。

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