中科院青岛生物能源所锂空气电池隔膜制备获专利授权

2014-04-14 19:45:26 admin 258
来源:《中国汽车报》记者 万仁美 / 时间:2013-4-10 10:21:19
  据汽车网2013年4月8日讯 电池一直困扰着新能源汽车的发展,哪个国家掌握了电池先进技术,哪个国家就取得了新能源汽车发展主导权,为此,各国科研单位都在不断努力。近日,记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所了解到,一种锂空气电池隔膜及制备方法(ZL200910249811.4)获得国家专利局正式授权。
  ■锂空气电池可以充电了
  在新能源汽车动力电池上,以前很多人不看好锂空气电池。中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊说:“锂空气电池有很高的能量密度,理论能量密度为5200Wh/kg,但以前只能作为‘一次性电池’使用。我们经过研究,找到了解决办法,现在锂空气电池可以充电,可以重复使用。如果其他技术难题被破解,将有助于新能源汽车发展。”
  这项专利技术由崔光磊、刘志宏、王海波、陈骁、韩鹏献共同研发成功。记者通过专利检索了解到,该发明的隔膜具有快的锂离子通过性能,同时隔离有机电解液和水性电解液,避免水分接触金属锂发生危险或生成惰性物质阻止反应进行,同时该膜具有良好的机械性能。
  以崔光磊为带头人的科研团队在锂空气电池方面取得的成果并不仅限于此。在中国科学院、国家自然科学基金委、山东省杰青基金和青岛市太阳能储能技术重点实验室等攻关项目支持下,在电解质、电极材料体系和液流电池结构设计方面已经申请多项专利。
  崔光磊说:“锂空气电池面临充放电能量转化效率低、深度放电循环寿命短等两个核心问题,我们从氮化物材料出发,通过构效关系研究,设计构建了纳米复合结构的高性能锂空气电池阴极,成功地降低了电池的充放电极化,提高了能量转化效率。此外,通过液流电池结构设计,大大消除非活性物质对电极界面的污染,并通过有机、无机复合电解质体系设计,将循环寿命提高70%。”
  ■理论上可达800公里
  电池能量密度决定了电动汽车的续驶里程。目前,大家普遍认为,电池发展分为四个阶段。第一阶段是磷酸铁锂,现在不少电动汽车正在采用磷酸铁锂电池,较好的磷酸铁锂电池的能量密度能够达到100Wh/kg,续驶里程约为100公里;第二个阶段是三元材料与改性锰酸锂等,国内已有部分企业研发出投入实际使用的产品,其能量密度可以达到150~180Wh/kg,可以支持150~200公里的合理续驶里程;第三个阶段是250~300Wh/kg的能量密度,如果实现,可以支持300公里的合理续驶里程;第四个阶段是400~500Wh/kg能量密度,如果实现,电动汽车的续驶里程完全可以达到燃油汽车的水平。
  锂空气电池理论能量密度为5200Wh/kg,高出现有电池体系1~2个数量级,可完全满足未来电动汽车对电池能量密度的要求。崔光磊说:“锂空气电池具有高能量密度特性,从理论上讲,续驶里程可以达到800公里,如果能够解决其他技术问题,困扰电动汽车的难题就将迎刃而解。”
  目前,不仅电池能量密度困扰电动汽车发展,现有动力电池太重也是一大障碍,为了增加续驶里程,必须安装多块锂电池,这势必增加车辆自身重量,降低有效载荷。另外,需要安装多块锂电池,对车辆设计也提出了考验。
  锂空气电池不仅能量密度高,而且重量轻。崔光磊说:“现有电池包含正极和负极材料,锂空气电池只有负极,其正极是空气,这大大降低了锂空气电池的重量。”
  如果锂空气电池能够真正投入到实际运用中,人们关于电池发展的四个阶段划分将被彻底修改,绿色出行不再是梦想。
  ■实际量产或需要5年
  锂空气电池虽然前景光明,但离实际量产还比较遥远。崔光磊说:“锂空气电池实现了从‘一次电池’到‘二次电池’的突破,如果要投入实际量产,还有很多问题需要解决,从我们的研究经验来看,可能还需要5年时间。”
  据介绍,目前,锂空气电池存在充电电流较小,充电时间较长等问题,这些问题将是崔光磊研究小组接下来需要重点解决的难题。
  崔光磊说:“这几个难题解决了,锂空气电池的实用前景就会比较明朗。接下来就是实用阶段研究。目前,我们已与泰丰集团合作,深入探索解决方法,完善研究成果。”
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