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  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(shù)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(shù)只有日本掌握。近年來，我國在深海動力電池領(lǐng)域獲得了顯著成果。其中，“十五”期間國內(nèi)發(fā)展了充油耐壓銀鋅電池技術(shù)，并在深潛器“蛟龍”號載人潛水器上得到應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)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(dá)到180Wh/kg。但是采用有機(jī)電解液的鋰離子電池，當(dāng)發(fā)生過度充電或者內(nèi)部短路等異常時，易揮發(fā)易燃的有機(jī)電解液可能會導(dǎo)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(zhì)代替液體電解液，可以使電池能量密度達(dá)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(fēng)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(jī)器人提供充足的能源動力。

  在中國科學(xué)院納米專項和科發(fā)局深海電源項目支持下，中國科學(xué)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(tuán)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(dǎo)電率較低、電位窗口窄的瓶頸問題，從電解質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與離子電導(dǎo)率的構(gòu)效關(guān)系出發(fā)，深入研究了離子傳輸機(jī)理與壓力耦合的多尺度科學(xué)問題，創(chuàng)新發(fā)展了綜合性能優(yōu)異的“剛?cè)岵?jì)”的復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)；同時系統(tǒng)分析固態(tài)鋰電池?zé)?電-應(yīng)力多物理場耦合因素，發(fā)展固態(tài)電池跨尺度關(guān)聯(lián)理論；在源頭創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開發(fā)了金屬鋰界面修飾技術(shù)和界面原位修復(fù)技術(shù)；在中科院深�？茖W(xué)與工程研究所的大力支持下，“陸”“海”強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合攻克全海深固態(tài)鋰電池模塊、系統(tǒng)集成等關(guān)鍵工程技術(shù)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(tuán)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(fù)極，經(jīng)第三方權(quán)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(tuán)隊開發(fā)的固態(tài)鋰二次電池（青能-Ⅱ）的技術(shù)獲得突破，能量密度已高達(dá)300Wh/kg，是商品化鋰離子動力電池的2倍，銀鋅電池的5倍。

  2017年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(yuǎn)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(dá)20小時，順利完成萬米全深海示范應(yīng)用，這標(biāo)志著中國成為繼日本之后世界上第二個成功應(yīng)用全海深鋰二次電池動力系統(tǒng)的國家，標(biāo)志著中科院“陸海融合”突破全海深電源技術(shù)瓶頸，掌握全海深電源系統(tǒng)的核心技術(shù)。

  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。

來源：中國科學(xué)院青島能源所