中國研究人員最近開發了一種革命性的鈉電池，能有效消除熱失控，這是電池中最危險的故障模式之一，通過在電池內部形成所謂的智能防火牆來實現。這項研究由中國科學院（CAS）的科學家們進行，並由專注於鈉離子和鋰離子電池先進材料的物理研究所教授胡永生博士領導。研究團隊建造了一種自我保護的不可燃電解質，能物理性地阻止鈉離子電池中的熱失控。這標誌著在高容量電池中首次實現如此高的安全性。
研究人員強調了電解質的重要性。他們表示：「我們提出了一種可聚合且不可燃的電解質，利用了陰陽離子溶劑效應的協同作用，並進行熱觸發聚合。」熱失控是鋰離子電池中一種不可控、自我強化和快速升溫的故障狀態，當內部溫度每分鐘上升超過 20 度 Celsius 時，就會發生這種情況。當熱量產生超過熱量散失時，溫度會超過 300 度 Celsius，進而導致氣體釋放、火災或爆炸。這仍然是電動車和大規模能量儲存系統的重要關注點。
為了解決這一問題，中國團隊研發了一種可聚合的不可燃電解質（PNE），可以阻止過熱導致的災難性故障。根據研究團隊的說法，當電池的溫度超過 150 度 Celsius 時，電解質會迅速形成固體屏障。這一相變化在電池內部創造出一個物理分隔層，防止熱量傳遞，並在鏈式反應擴散之前阻止其發生。簡單來說，電池在最需要的時刻自動建立內部防火牆。液態 PNE 能夠快速相變並固化為致密的物理屏障，有效切斷熱量傳播，防止通常與電池故障相關的災難性火災或爆炸。
團隊在一個 3.5 安培小時（Ah）的圓柱形鈉離子電池中驗證了這項技術，並在此規模下展示了完全壓制熱失控的能力。研究團隊補充道：「優化的電極-電解質界面和交聯屏障被獲得，以防止電極之間的機械/化學相互作用，並阻礙副反應/還原氣體的產生，導致安培小時級別的電池中沒有熱失控。」在壓力測試中，電池在釘子穿透過程中未顯示出煙霧、火災或爆炸的跡象，這是模擬內部短路的標準安全測試。它在高達 572 度 Fahrenheit 的溫度下保持穩定，遠超過典型的操作極限。結果表明，系統完全中斷了故障。
更重要的是，安全性提升並未降低電池性能。該電池達到 211 瓦時每公斤（Wh/kg）的能量密度，這使其在先進鈉離子系統中具有競爭力。它還在 -40 到 60 度 Celsius 的寬溫範圍內可靠運行，並在高於 4.3 V 的電壓下保持穩定。這一突破預計將加速鈉離子電池在安全性不可妥協的領域的應用，如電動車、重型卡車以及在中國快速發展的大規模電網儲能系統。該研究已發佈於《Nature Energy》期刊。
