青島能源所全海深固態(tài)鋰電池完成萬米海試示范應用

　　自主深海探測裝備研制已經(jīng)成為國家重大戰(zhàn)略需求，高能量密度深海動力電源技術是限制深潛器長續(xù)航能力的瓶頸，目前能夠承受100MPa壓力全海深電源技術只有日本掌握。近年來，我國在深海動力電池領域獲得了顯著成果。其中，“十五”期間國內發(fā)展了充油耐壓銀鋅電池技術，并在深潛器“蛟龍”號載人潛水器上得到應用，潛水深度7000米，續(xù)航時間為6小時。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米全海深海域長續(xù)航能力領域的應用要求。

　　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，商品化單體能量密度目前最高達到180Wh/kg。但是采用有機電解液的鋰離子電池，當發(fā)生過度充電或者內部短路等異常時，易揮發(fā)易燃的有機電解液可能會導致熱失控，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)電解質代替液體電解液，可以使電池能量密度達到400Wh/kg，是商品鋰離子電池的2倍以上，銀鋅電池的6倍以上，同時有效克服了熱失控等安全風險，滿足深潛器長續(xù)航、高安全的要求，能夠為深海空間站和深海機器人提供充足的能源動力。

　　在中國科學院納米專項和科技促進發(fā)展局深海電源項目支持下，以中國科學院青島生物能源與過程研究所國家杰出青年基金獲得者崔光磊為首的研發(fā)團隊堅持源頭創(chuàng)新，針對傳統(tǒng)聚環(huán)氧乙烷（PEO）室溫離子導電率較低、電位窗口窄的瓶頸問題，從電解質分子結構與離子電導率的構效關系出發(fā)，深入研究了離子傳輸機理與壓力耦合的多尺度科學問題，創(chuàng)新發(fā)展了綜合性能優(yōu)異的“剛柔并濟”的復合聚合物固態(tài)電解質；同時系統(tǒng)分析固態(tài)鋰電池熱-電-應力多物理場耦合因素，發(fā)展固態(tài)電池跨尺度關聯(lián)理論；在源頭創(chuàng)新的基礎上，創(chuàng)新開發(fā)了金屬鋰界面修飾技術和界面原位修復技術；在中科院深海科學與工程研究所的大力支持下，“陸”“海”強強聯(lián)合攻克全海深固態(tài)鋰電池模塊、系統(tǒng)集成等關鍵工程技術問題，研制出全海深高能量密度高安全固態(tài)鋰電池動力系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)具有高安全、長續(xù)航、全海深等特點，是長續(xù)航深潛器的理想動力。該團隊開發(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極，經(jīng)第三方權威檢測能量密度超過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隊開發(fā)的固態(tài)鋰二次電池（青能-Ⅱ）的技術獲得突破，能量密度已高達300Wh/kg，是商品化鋰離子動力電池的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遠赴馬里亞納海溝（科考航次TS03），為“萬泉”號著陸器控制系統(tǒng)及CCD傳感器提供能源，累計完成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，累計水下工作時間134小時，最大連續(xù)作業(yè)時間達20小時，順利完成萬米全深海示范應用，這標志著中國成為繼日本之后世界上第二個成功應用全海深鋰二次電池動力系統(tǒng)的國家，標志著中科院“陸海融合”突破全海深電源技術瓶頸，掌握全海深電源系統(tǒng)的核心技術。

　　以上成果獲得了“國家杰青”“中科院納米專項”“所135”“中科院深海電源專項”“青島市儲能基金”等項目支持。 

青島能源所全海深固態(tài)鋰電池完成萬米海試示范應用