Какой прогресс был достигнут в серии Qingdao Energy в области твердотельных литиевых батарей?

Пожары электромобилей Tesla произошли одно за другим. Несколько инцидентов в семье были очень серьезными. Даже весь автомобиль был сильно сожжен, что позволило людям пересмотреть безопасность коммерческих литий-ионных аккумуляторов. Жидкие органические электролиты в традиционных литий-ионных батареях являются основными виновниками опасности возгорания и взрыва. Хотя система управления батареей может в определенной степени гарантировать стабильность и безопасность батареи, когда внешняя сила сталкивается, вызывая прокол, взрыв литий-ионной батареи неизбежен. Очевидно, что это не может быть решено простым управлением внешней батареей или физической защитой периферийных устройств. Необходимо теоретически прорвать концепцию конструкции литиевых батарей, чтобы коренным образом повысить безопасность литиевых батарей.

Использование твердых электролитов для замены традиционных жидких электролитов считается единственным способом существенно повысить безопасность литиевых батарей. Однако из-за ряда научных проблем, таких как совместимость с твердыми поверхностями раздела фаз и технология приготовления отложений из незрелого твердого электролита, коммерческих литиевых батарей с высокой плотностью энергии не существовало. Опираясь на Циндаоский институт биоэнергетики и научно-исследовательский институт процессов Китайской академии наук, Циндаоский научно-исследовательский институт технологий хранения энергии (аббревиатура: Циндаоский институт аккумулирования энергии) при поддержке Китайской академии наук в области нанотопных исследований изучает и исследования в течение многих лет, и достигли твердотельных литиевых батарей с высокой плотностью энергии. Прогресс был достигнут на разных этапах. В области фундаментальных исследований был достигнут ряд успехов, и опубликовано 42 статьи SCI. В демонстрации индустриализации глубинных твердотельных литиевых батарей с высокой плотностью энергии и высокой степенью защиты по всему морю были захвачены ключевые базовые технологии для долгосрочного энергоснабжения по всему морю. Испытание резервуара под давлением длиной 11000 метров и демонстрация полной глубины моря позволили поднять глубоководное энергоснабжение страны на новую высоту.

Твердый электролит является основным компонентом твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Исследования и разработка твердоэлектролитной системы с превосходными комплексными характеристиками являются ядром и узким местом системы для улучшения характеристик батареи. Однако неорганические материалы или полимерные материалы, отдельные материалы сами по себе не могут удовлетворить требованиям батарей большой емкости для комплексных характеристик ионной проводимости, механической прочности и термической стабильности. Чтобы решить эту сложную проблему, Институт накопления энергии Циндао выдвинул концепцию конструкции «жестких и гибких» твердых полимерных электролитов и использовал преимущества различных материалов для инновационного соединения «жестких» пористых каркасных материалов и «гибких» полимерных ионов. переводные материалы. Благодаря преимуществам и взаимодополняемости жестких и гибких материалов в сочетании с кислотно-щелочным взаимодействием Льюиса для увеличения сегментарного движения и улучшения характеристик пропускания межфазных ионов, был подготовлен ряд твердых полимерных электролитов с превосходными комплексными характеристиками, отвечающими требованиям длительного времени. надежные и безопасные твердые литиевые батареи. Серия результатов опубликована в ACSappl.Mater.Interfaces, 2017, 9,3694; Электрохимия. Акта, 2017, 225, 151; J. Mater.Chem.A, 2016, 45191; Chem.Mater. , 2017, 236 221; Apple.Mater.Interfaces, 2017, 9,8737; Adv.Sci .., 2017, DOI: 10.1002 / advs. 2017 00174; J. Mater.Chem.A, 2017, 5, 11124 и другие академические журналы.

Ионная проводимость между твердыми электролитами и электродами связана с успехом или неудачей твердотельных литиевых батарей. Чтобы эффективно уменьшить сопротивление интерфейса, вдохновленный «мембраной SEI», Институт накопления энергии Циндао предложил механизм «самообразования на месте». Сначала молекула жидкого мономера проникает на поверхность раздела электродов, а затем полимеризует ее in situ в твердый полимерный электролит. Эта система «самообразования на месте» эффективно решает проблему ионной проводимости на границе раздела твердых тел, улучшая при этом распределение ионов лития на границе раздела, чтобы ингибировать дендриты лития. Результаты опубликованы в Adv.Sci. , 2017, 4,160377; 2017, DOI: 10.1002 / рук. 2017 00174. Основываясь на этой концепции, интегрированная твердотельная натриевая батарея, созданная Qingdao Energy Storage Institute, может эффективно снизить импеданс интерфейса и расширить электрохимическое окно, значительно улучшая долгосрочную стабильность цикла твердотельных натриевых батарей. В то же время метод «самоформирования на месте» был расширен за счет применения положительного электрода Гаодианья и защиты отрицательного электрода из металлического лития на месте. Серия результатов опубликована в Small, 2017, 13,1601530; J. Mater.Chem.A. 2017, 5,11124; Chem.Mater.2017, 29,4682.

При практическом применении твердотельных батарей выдавливание и прокол неизбежны. Очень важно, как бороться с возникающим в результате неисправностью фиксированного интерфейса. В хранилище энергии в Циндао сконструирована система твердотельных аккумуляторов с функцией «регенерации охлаждения» с использованием процесса гелеобразования с термической обратимой температурной реакцией полимера (Рисунок 2). После сильного сжатия или складывания, хотя контакт между электролитом и электродом разрушен и производительность батареи резко упала, характеристики батареи можно эффективно восстановить с помощью простого этапа низкотемпературного охлаждения для изменения эффективной формы твердой поверхности раздела. Результаты опубликованы в Angew. Chem.Int.Ed. 2017 г., DOI: 10.1002 / anie.201704373. При интеграции и испытании устройств большой емкости для твердотельных литиевых батарей Институт накопления энергии Циндао преодолел техническое узкое место твердотельных литиевых батарей с высокой плотностью энергии: успешная разработка твердотельных литиевых батарей большой емкости; Плотность сторонней энергии обнаружения Национального центра испытаний химической энергии достигла 300 Втч / кг, а срок утилизации превысил 500 раз; Более того, их дальнейшее развитие потока нагрева полимера отключит точку короткого замыкания для обеспечения безопасности. Многочисленные эксперименты по закреплению показали, что аккумулятор имеет отличные характеристики безопасности и самовосстановления (рис. 2).

В марте 2017 года твердотельная батарея «Qingneng-I», разработанная Институтом энергетических резервов Циндао, отправилась в Марианский желоб вместе с группой изучения бездны Китайской академии наук, чтобы обеспечить энергией систему управления посадочным устройством «Wanquan» и датчик CCD, а также успешно пройдено 10 000 метров. Полное демонстрационное приложение для глубоководных работ. Это знаменует собой то, что Китайская академия наук преодолела узкое место технологии глубоководного электроснабжения и освоила основную технологию глубоководной системы электроснабжения. Эта технология обеспечит техническую поддержку при разработке высокопроизводительной системы энергоснабжения с длительным сроком службы, представленной подводной лодкой «Дракон». Соответствующие достижения и технологии были применены для получения 29 китайских патентов на изобретения и 3 международных патентов PCT.

Вышеупомянутая работа была поддержана Национальным фондом выдающейся молодежи, Специальным нанопроектом Китайской академии наук, Проектом глубоководной энергетики Китайской академии наук, Специальным перспективным фондом провинции Шаньдун и Институтом накопительной энергии Циндао. Совместный фонд Think Tank.

Страница содержит содержимое машинного перевода.