新能源电池关键材料体系应用基础研究

万米深海下压力巨大，一根钢管都会被压扁压爆。而让处于深海的电池正常输出能量，持续为海下工作提供能源则是一件难题。上周公布的2017年度青岛市科技奖自然科学一等奖获得项目——“新能源电池关键材料体系的应用基础研究”很好地解决了这个问题。

该项目由中科院青岛生物能源与过程研究所完成，项目第一完成人崔光磊是中国科学院青岛生物能源与过程所研究员、青岛储能产业技术研究院执行院长。一手握科研成果、一手有着优势市场资源的他认为，好的研究成果要为市场做贡献。

千万经费投入新能源

国内从事锂电池等相关研究的单位很多，甚至“只要有高校的地方，基本上就有研究电池的课题组在”，竞争激烈，但能做出成就的则少之又少。

崔光磊曾在德国能源领域从事研究多年，2009年回国，以中科院“百人计划”专家的身份，几乎“倾家荡产”把所有横向剩余经费大约1000多万元都投入到新能源研究的平台建设和应用技术开发方面。

他带领团队组建了仿生与固态能源系统研究组，在高比能固态锂电池、锂离子电容器、下一代低成本储能器件（锌离子电池、镁离子电池等）以及钙钛矿太阳能电池核心器件和关键材料等方面取得多项具有自主知识产权的成果和进展。

在最初做能源研究时，团队就清晰地分析出目前锂电池所存在的问题。“首先是容量问题，如何提高电池容量密度；其次是安全问题，如何在最恶劣环境下都能正常使用。”在崔光磊团队看来，电池只有具有高能量密度，才能保持长久的续航能力，但商品动力电池存在很大的安全隐患。崔光磊说，而他们研究的方向则将两者合二为一，就是“在解决提高能量密度的同时提高它的安全性能”。

“刚柔并济”化矛盾

如果提高电池的高容量和高功率，极易导致内部热量增大和温度升高，安全性会大打折扣；同样，提高安全性则意味着会在能量密度上做出牺牲。因此，提高电池的尺寸热稳定性和耐高温性能变得尤其重要。团队攻关近十年，就是要解决技术方面的“矛盾”。

研发过程中，团队提出一个新的方案，名为“刚柔并济”理念。所谓“刚柔并济”，就是电池刚性材料跟柔性材料之间寻找出一个平衡点，开发了很多刚性骨架，提供高力学性能和尺寸热稳定性能。如此一来，既能照顾能量的提升，又能增强安全性。

经过无数个日日夜夜的艰苦攻关，崔光磊带领团队成员在国内首先开发了纤维素电池复合隔膜动力电池中试技术，受到科技部和电池行业协会的高度评价，该项自主知识产权的技术可以打破国外高端隔膜的技术垄断。

下深海实验终成功

为了验证技术先进性，他们首先选择在条件最为苛刻的深海进行试验，“万米深海之下，压力高达100兆帕，电池不仅要能正常能量输出，还得抗压、抗腐蚀，保证安全运行，这是对我们技术的挑战。”崔光磊说。

2016年6月，团队开始做相关的深海测试，首先模拟深海环境中压力仓的测试，从7000米深度开始，再到10000米，当月实验成功通过；接下来的5个月，团队通过在模拟深海压力的环境中进行充放电的实验，试验虽经历无数次，结果却是喜人的，下10000米深海输电还是非常稳定的。

此外，团队在系统集成方面做了大量尝试，他们基于CAN通讯及三模式控制方式来探索，希望能够达到功能兼备超长寿命。团队还做一些储能的工作，利用固态电池做一个储能的系统，为终端的能源用户提供个性化、智能化的需求。

更多是一份沉甸甸的责任

2017年初，崔光磊团队所研发的固态锂电池随中科院深海所深渊科考队赴马里亚纳海沟，为“万泉”号着陆器控制系统及传感器提供电能，累计完成9次下潜，其中6次超过10000米，最大工作水深10901米，累计水下工作134小时，顺利完成全深海示范应用，标志着我国首次突破全海深电源的技术瓶颈。

据了解，应用于深海的固态锂电池同样也可以应用于太空、电动车、储能等领域。崔光磊介绍，他们目前已承接订单，为深海着陆器、水下机器人等设备提供配套的电源体系，下一步将成立产业化公司，为新能源汽车、电动车提供特种电源。

经过七年的努力，崔光磊团队取得了显著研究成果。而这些成果的背后，是数年无休的努力。“连他的孩子都已经习惯于他的加班加点，正常下班回家反倒成了给孩子们的一种惊喜。”团队中的同事这样评价他，认为他是典型的工作狂。

而崔光磊谈起获奖感受时则说：“除了喜悦，更多的是一份沉甸甸的责任。”