鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:653次 | 2021年12月03日
青島所:低成本鋅、鎂二次電池研究取得系列進(jìn)展
低速電動(dòng)汽車及新能源電網(wǎng)的迅速發(fā)展加大了對(duì)低成本新型電池的需求,目前鉛酸電池以其成熟的技術(shù)及低廉的價(jià)格占據(jù)了低速電動(dòng)汽車動(dòng)力電源、燃油車啟動(dòng)電源的絕大部分市場(chǎng)份額。但廢舊鉛酸電池給環(huán)境帶來巨大的污染隱患,我國(guó)已明確制定了逐步替代鉛酸蓄電池的政策。然而,由于商品鋰離子電池的較高成本,造成其在低成本電池領(lǐng)域的發(fā)展受限。因此,建立低成本、高效能的電池體系是加速無鉛化步伐的關(guān)鍵。
動(dòng)力鋰離子電池處在發(fā)展的黃金階段,提前進(jìn)行新型低成本高性能電池體系的布局,搶奪基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的制高點(diǎn)是我國(guó)在未來幾十年能源爭(zhēng)奪戰(zhàn)中保持領(lǐng)先的關(guān)鍵?;谇捌谠诟吣芰棵芏裙虘B(tài)鋰離子電池中取得的進(jìn)展,依托我國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所建設(shè)的青島儲(chǔ)能技術(shù)研究院,以新型電池關(guān)鍵材料的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化方面為切入點(diǎn),多年來進(jìn)行深入系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,最近已取得階段性進(jìn)展。
在我國(guó)工程院院士陳立泉的指導(dǎo)下,青島儲(chǔ)能院首次發(fā)現(xiàn)超高濃度有機(jī)金屬鹽基電解液可有效改善鋅電池充電效率低和循環(huán)壽命差的弊端,據(jù)此開發(fā)出了長(zhǎng)循環(huán)壽命、高能量密度新型鋅二次電池(Electrochem.Commun.,2016,69,6)。同時(shí),創(chuàng)新性地通過多價(jià)骨架電極新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),將鋅電池器件的有效充電大大縮短(ACSAppl.Mater.Interface,2015,7,26396)。電極-電解液的兩相界面相容性一直以來是鋅二次電池的應(yīng)用和基礎(chǔ)研究的難點(diǎn),青島儲(chǔ)能院首次利用熱可逆凝聚合物突破了該技術(shù)瓶頸,并創(chuàng)新性地提出了“低溫自修復(fù)”的理念,解決了電池界面的失效問題(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,7871)。
基于前期的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā),青島儲(chǔ)能院已經(jīng)突破鋅電池集成和中試裝備方面的技術(shù)瓶頸,成功開發(fā)出大容量、低成本的新型鋅二次電池,器件能量密度>40Wh/kg,循環(huán)壽命>500次,成本<0.7元/Wh,并通過國(guó)標(biāo)要求的穿釘及擠壓等苛刻實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明性能優(yōu)異的新型鋅電池有望應(yīng)用于低速電動(dòng)汽車動(dòng)力電源、規(guī)模儲(chǔ)能及柔性儲(chǔ)能器件特種領(lǐng)域。
鎂二次電池是低成本電池?zé)o鉛化的另一重要解決方法。青島擁有豐富的鎂資源優(yōu)勢(shì),具有發(fā)展鎂電池得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。然而,鎂二次電池目前的瓶頸問題在于缺乏穩(wěn)定、無腐蝕性、寬電位窗口電解液體系。青島儲(chǔ)能院創(chuàng)新性提出了硼基大陰離子鎂基電解質(zhì)的設(shè)計(jì)理念,并以此為指導(dǎo)合成了具有高離子電導(dǎo)率、非親核性、寬電化學(xué)窗口等優(yōu)異性能的鎂系電解質(zhì)體系,構(gòu)建了高能量密度鎂電池體系(Adv.EnergyMater.,2017,1602055;Small2017,1702277;Electrochem.Commun.,2017,83,72;J.Mater.Chem.A,2016,4,2277)。在電化學(xué)機(jī)理方面,揭示了鎂基電極材料形成能變化以及晶體結(jié)構(gòu)演變,為深入理解鎂二次電池快速動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化的具體反應(yīng)路徑與機(jī)制奠定了基礎(chǔ)(Adv.Funct.Mater.,2017,10.1002/adfm.201701718)。該新型鎂二次電池設(shè)計(jì)理念為未來低成本電池的發(fā)展供應(yīng)了新思路和方向。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
新型鋅、鎂二次電池的前瞻性技術(shù)研究勢(shì)必加速推動(dòng)低速電動(dòng)汽車及低成本電池相關(guān)領(lǐng)域綠色無鉛化的進(jìn)程,為山東乃至我國(guó)工業(yè)綠色發(fā)展做出重要技術(shù)貢獻(xiàn)。
上述研究項(xiàng)目得到國(guó)家杰出青年基金、青島市儲(chǔ)能基金和青島能源所“一三五”項(xiàng)目的大力支持。