美国能源部阿贡国家实验室在钠离子电池领域开展了多项研究行动，以下是一些相关进展：
开发新型阴极材料：研究人员开发出一种层状氧化物阴极，其是具有层状结构的钠镍锰铁（nmf）氧化物，可有效支持钠的插入和脱嵌。这种阴极配方中不含钴，能减轻成本、稀缺性和毒性问题。与锂离子电池相比，钠离子电池具有可持续性和成本方面的优势，钠的天然储量更丰富、易开采，每公斤成本低得多，且更不易受价格波动或供应链中断的影响。不过，金属钠大约比锂重三倍，会增加电池重量，导致续航距离缩短。但该团队的阴极具有更高的能量密度，能为电动汽车提供单次充电约 180-200 英里的续航里程。目前，研究人员已准备在电池电芯中对这种阴极进行类似实际电动汽车电池的测试，以促进其早日投入制造，他们还致力于为电解质和阳极开发不同材料，以进一步提高能量密度。
打造单晶电极：该实验室打造并测试了一种单晶电极，其有望为电动汽车等研发先进电池。研究团队选择钠离子电池作为模型系统来研究单晶阴极，制备了钠 – 氧化铱（na2iro3）单晶体并作为阴极材料，通过对比具备多晶阴极材料的类似电池，确定了电池处于不同充放电状态时晶体结构中每个原子的确切位置。研究人员发现额外的容量来自于表面效应，确定了充电过程中会形成的三个化学结构相，其中两个是原先未知的，并且电池容量随充放电循环减弱是因为充电时形成的新型有害相在放电时一直存在并随循环次数增加而增大。这些成果有助于设定新型电池设计规则，合成具备所需功能的多晶材料。
抑制相变正极材料研究：阿贡国家实验室与其他机构合作，通过在过渡金属层中引入本征空位，设计出含本征空位的 p2-na0.7fe0.1mn0.75□0.15o2（“□” 代表本征空位，vc-nfmo）正极，避免了高荷电态下的 p−o 构型转变。均匀分散的本征空位可增加相邻钠离子的迁移能垒，使其固定在各自碱金属层内，让 p 型层在贫钠状态下也得以保持，提高了局部结构稳定性和能量密度。利用该正极与硬碳负极匹配组装的钠离子软包电池，在多次循环后容量保持率仍较高。
其他相关研究：如研究团队发现钠离子电池阴极材料制备过程中存在原子结构缺陷，这会导致阴极出现类似结构地震的情况，使电池性能下降。研究人员还在阿贡纳米材料中心和先进光子源合成阴极材料并追踪其原子结构变化，计划结合早期改进钠离子电池阳极的研究，使未来设备性能提高 20% 到 40%；该实验室团队还开发了新分析技术，在三维空间中探测晶体微结构，以寻找下一代电池正极材料等。