中科院青島生物能源所鋰空氣電池隔膜制備獲專利授權
2014-04-14 19:45:26
admin
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據汽車網2013年4月8日訊 電池一直困擾著新能源汽車的發展，哪個國家掌握了電池先進技術，哪個國家就取得了新能源汽車發展主導權，為此，各國科研單位都在不斷努力。近日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所了解到，一種鋰空氣電池隔膜及制備方法（ZL200910249811.4）獲得國家專利局正式授權。
■鋰空氣電池可以充電了
在新能源汽車動力電池上，以前很多人不看好鋰空氣電池。中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員崔光磊說：“鋰空氣電池有很高的能量密度，理論能量密度為5200Wh/kg，但以前只能作為‘一次性電池’使用。我們經過研究，找到了解決辦法，現在鋰空氣電池可以充電，可以重復使用。如果其他技術難題被破解，將有助于新能源汽車發展。”
這項專利技術由崔光磊、劉志宏、王海波、陳驍、韓鵬獻共同研發成功。記者通過專利檢索了解到，該發明的隔膜具有快的鋰離子通過性能，同時隔離有機電解液和水性電解液，避免水分接觸金屬鋰發生危險或生成惰性物質阻止反應進行，同時該膜具有良好的機械性能。
以崔光磊為帶頭人的科研團隊在鋰空氣電池方面取得的成果并不僅限于此。在中國科學院、國家自然科學基金委、山東省杰青基金和青島市太陽能儲能技術重點實驗室等攻關項目支持下，在電解質、電極材料體系和液流電池結構設計方面已經申請多項專利。
崔光磊說：“鋰空氣電池面臨充放電能量轉化效率低、深度放電循環壽命短等兩個核心問題，我們從氮化物材料出發，通過構效關系研究，設計構建了納米復合結構的高性能鋰空氣電池陰極，成功地降低了電池的充放電極化，提高了能量轉化效率。此外，通過液流電池結構設計，大大消除非活性物質對電極界面的污染，并通過有機、無機復合電解質體系設計，將循環壽命提高70%。”
■理論上可達800公里
電池能量密度決定了電動汽車的續駛里程。目前，大家普遍認為，電池發展分為四個階段。第一階段是磷酸鐵鋰，現在不少電動汽車正在采用磷酸鐵鋰電池，較好的磷酸鐵鋰電池的能量密度能夠達到100Wh/kg，續駛里程約為100公里；第二個階段是三元材料與改性錳酸鋰等，國內已有部分企業研發出投入實際使用的產品，其能量密度可以達到150～180Wh/kg，可以支持150～200公里的合理續駛里程；第三個階段是250～300Wh/kg的能量密度，如果實現，可以支持300公里的合理續駛里程；第四個階段是400～500Wh/kg能量密度，如果實現，電動汽車的續駛里程完全可以達到燃油汽車的水平。
鋰空氣電池理論能量密度為5200Wh/kg，高出現有電池體系1～2個數量級，可完全滿足未來電動汽車對電池能量密度的要求。崔光磊說：“鋰空氣電池具有高能量密度特性，從理論上講，續駛里程可以達到800公里，如果能夠解決其他技術問題，困擾電動汽車的難題就將迎刃而解。”
目前，不僅電池能量密度困擾電動汽車發展，現有動力電池太重也是一大障礙，為了增加續駛里程，必須安裝多塊鋰電池，這勢必增加車輛自身重量，降低有效載荷。另外，需要安裝多塊鋰電池，對車輛設計也提出了考驗。
鋰空氣電池不僅能量密度高，而且重量輕。崔光磊說：“現有電池包含正極和負極材料，鋰空氣電池只有負極，其正極是空氣，這大大降低了鋰空氣電池的重量。”
如果鋰空氣電池能夠真正投入到實際運用中，人們關于電池發展的四個階段劃分將被徹底修改，綠色出行不再是夢想。
■實際量產或需要5年
鋰空氣電池雖然前景光明，但離實際量產還比較遙遠。崔光磊說：“鋰空氣電池實現了從‘一次電池’到‘二次電池’的突破，如果要投入實際量產，還有很多問題需要解決，從我們的研究經驗來看，可能還需要5年時間。”
據介紹，目前，鋰空氣電池存在充電電流較小，充電時間較長等問題，這些問題將是崔光磊研究小組接下來需要重點解決的難題。
崔光磊說：“這幾個難題解決了，鋰空氣電池的實用前景就會比較明朗。接下來就是實用階段研究。目前，我們已與泰豐集團合作，深入探索解決方法，完善研究成果。”