突破全海深電源技術(shù)瓶頸

與銀鋅電池相比，鋰離子電池在能量密度和安全性等方面表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)，商品化單體能量密度目前最高達(dá)到180Wh/kg。但是采用有機(jī)電解液的鋰離子電池，當(dāng)發(fā)生過(guò)度充電或者內(nèi)部短路等異常時(shí)，易揮發(fā)易燃的有機(jī)電解液可能會(huì)導(dǎo)致熱失控，在3000米海深以下此問(wèn)題更為凸顯，發(fā)生爆炸等安全事件的概率增大。而采用固態(tài)電解質(zhì)代替液體電解液，可以使電池能量密度達(dá)到400Wh/kg，是商品鋰離子電池的2倍以上，銀鋅電池的6倍以上，同時(shí)有效克服了熱失控等安全風(fēng)險(xiǎn)，滿足深潛器長(zhǎng)續(xù)航、高安全的要求，能夠?yàn)樯詈？臻g站和深海機(jī)器人提供充足的能源動(dòng)力。

在中國(guó)科學(xué)院納米專項(xiàng)和科發(fā)局深海電源項(xiàng)目支持下，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所國(guó)家杰出青年基金獲得者崔光磊為首的研發(fā)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持源頭創(chuàng)新，針對(duì)傳統(tǒng)聚環(huán)氧乙烷(PEO)室溫離子導(dǎo)電率較低、電位窗口窄的瓶頸問(wèn)題，從電解質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與離子電導(dǎo)率的構(gòu)效關(guān)系出發(fā)，深入研究了離子傳輸機(jī)理與壓力耦合的多尺度科學(xué)問(wèn)題，創(chuàng)新發(fā)展了綜合性能優(yōu)異的“剛?cè)岵?jì)”的復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)；同時(shí)系統(tǒng)分析固態(tài)鋰電池?zé)?電-應(yīng)力多物理場(chǎng)耦合因素，發(fā)展固態(tài)電池跨尺度關(guān)聯(lián)理論；在源頭創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了金屬鋰界面修飾技術(shù)和界面原位修復(fù)技術(shù)；在中科院深?？茖W(xué)與工程研究所的大力支持下，“陸”“?！睆?qiáng)強(qiáng)聯(lián)合攻克全海深固態(tài)鋰電池模塊、系統(tǒng)集成等關(guān)鍵工程技術(shù)問(wèn)題，研制出全海深高能量密度高安全固態(tài)鋰電池動(dòng)力系統(tǒng)。

該系統(tǒng)具有高安全、長(zhǎng)續(xù)航、全海深等特點(diǎn)，是長(zhǎng)續(xù)航深潛器的理想動(dòng)力。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的第一代大容量固態(tài)聚合物鋰二次電池(青能-Ⅰ)以三元材料和金屬鋰為正負(fù)極，經(jīng)第三方權(quán)威檢測(cè)能量密度超過(guò)250Wh/kg，500次循環(huán)容量保持80%以上，在多次針刺和擠壓等苛刻測(cè)試條件下保持非常好的安全性能。截至目前，青島能源所崔光磊團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的固態(tài)鋰二次電池(青能-Ⅱ)的技術(shù)獲得突破，能量密度已高達(dá)300Wh/kg，是商品化鋰離子動(dòng)力電池的2倍，銀鋅電池的5倍。

2017年1月15日至3月23日，青島能源所開(kāi)發(fā)的固態(tài)電池系統(tǒng)(青能-Ⅰ)隨中科院深海所深淵科考隊(duì)遠(yuǎn)赴馬里亞納海溝(科考航次TS03)，為“萬(wàn)泉”號(hào)著陸器控制系統(tǒng)及CCD傳感器提供能源，累計(jì)完成9次下潛，深度均大于7000米，其中6次超過(guò)10000米，最大工作水深10901米，累計(jì)水下工作時(shí)間134小時(shí)，最大連續(xù)作業(yè)時(shí)間達(dá)20小時(shí)，順利完成萬(wàn)米全深海示范應(yīng)用，這標(biāo)志著中國(guó)成為繼日本之后世界上第二個(gè)成功應(yīng)用全海深鋰二次電池動(dòng)力系統(tǒng)的國(guó)家，標(biāo)志著中科院“陸海融合”突破全海深電源技術(shù)瓶頸，掌握全海深電源系統(tǒng)的核心技術(shù)。

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