青島能源所全海深固態(tài)鋰電池完成萬(wàn)米海試示范應(yīng)用

　　自主深海探測(cè)裝備研制已經(jīng)成為國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，高能量密度深海動(dòng)力電源技術(shù)是限制深潛器長(zhǎng)續(xù)航能力的瓶頸，目前能夠承受100MPa壓力全海深電源技術(shù)只有日本掌握。近年來，我國(guó)在深海動(dòng)力電池領(lǐng)域獲得了顯著成果。其中，“十五”期間國(guó)內(nèi)發(fā)展了充油耐壓銀鋅電池技術(shù)，并在深潛器“蛟龍”號(hào)載人潛水器上得到應(yīng)用，潛水深度7000米，續(xù)航時(shí)間為6小時(shí)。然而銀鋅電池的能量密度較低（低于60Wh/kg），使用壽命較短（50次），因此不能滿足11000米全海深海域長(zhǎng)續(xù)航能力領(lǐng)域的應(yīng)用要求。

　　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)和科技促進(jìn)發(fā)展局深海電源項(xiàng)目支持下，以中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所國(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)；在中科院深海科學(xué)與工程研究所的大力支持下，“陸”“海”強(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。

　　1月15日至3月23日，青島能源所開發(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)。

　　以上成果獲得了“國(guó)家杰青”“中科院納米專項(xiàng)”“所135”“中科院深海電源專項(xiàng)”“青島市儲(chǔ)能基金”等項(xiàng)目支持。 

青島能源所全海深固態(tài)鋰電池完成萬(wàn)米海試示范應(yīng)用