Welche Fortschritte wurden bei der Qingdao Energy-Serie im Bereich der festen Lithiumbatterien erzielt?

Die Brandunfälle von Tesla-Elektrofahrzeugen ereigneten sich nacheinander. Mehrere häusliche Vorfälle waren sehr schwerwiegend. Sogar das gesamte Fahrzeug wurde schwer verbrannt, so dass die Sicherheit kommerzieller Lithium-Ionen-Batterien erneut überprüft werden kann. Flüssige organische Elektrolyte in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien sind die Hauptverursacher von Verbrennungs- und Explosionsgefahren. Obwohl das Batteriemanagementsystem die Konsistenz und Sicherheit der Batterie bis zu einem gewissen Grad gewährleisten kann, ist die Explosion des Lithium-Ionen-Batteriebrandes unvermeidlich, wenn die äußere Kraft kollidiert, um den Reifenschaden zu verursachen. Offensichtlich kann dies nicht durch einfaches externes Batteriemanagement oder physischen Peripherieschutz gelöst werden. Es ist notwendig, das Designkonzept von Lithiumbatterien theoretisch zu durchbrechen, um die Sicherheit von Lithiumbatterien grundlegend zu verbessern.

Die Verwendung von Festelektrolyten als Ersatz für herkömmliche Flüssigelektrolyte wird als die einzige Möglichkeit angesehen, die Sicherheit von Lithiumbatterien wesentlich zu verbessern. Aufgrund einer Reihe wissenschaftlicher Probleme wie der Verträglichkeit der festen Grenzfläche und der Technologie zur Herstellung unreifer Festelektrolyte gab es jedoch keine kommerzielle Festlithiumbatterie mit hoher Energiedichte. Unter Berufung auf das Qingdao-Institut für Bioenergie und Prozessforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat das Qingdao Energy Storage Industry Technology Research Institute (Abkürzung: Qingdao Energy Storage Institute) mit Unterstützung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Nanotopic untersucht und untersucht Erforscht seit vielen Jahren und hat Festkörper-lithium-batterien mit hoher Energiedichte erreicht. In verschiedenen Phasen wurden Fortschritte erzielt. Auf dem Gebiet der Grundlagenforschung wurden eine Reihe von Fortschritten erzielt und 42 SCI-Artikel veröffentlicht. Bei der Demonstration der Industrialisierung von Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte und hoher Sicherheit im gesamten Meer wurden die wichtigsten Kerntechnologien für die langfristige Stromversorgung im gesamten Meer erfasst. Der 11000-Meter-Drucktank-Test und die Demonstrationsanwendung für die volle Seetiefe wurden durchgeführt, um die Tiefsee-Stromversorgung des Landes auf eine neue Höhe zu bringen.

Festelektrolyt ist die Kernkomponente fester Lithium-Ionen-Batterien. Die Forschung und Entwicklung eines Festelektrolytsystems mit hervorragender Gesamtleistung ist der Kern und der Engpass des Systems zur Verbesserung der Batterieleistung. Bei anorganischen Materialien oder Polymermaterialien können jedoch einzelne Materialien allein die Anforderungen von hochleistungsbatterien für die umfassende Leistung der Ionenleitfähigkeit, der mechanischen Festigkeit und der thermischen Stabilität nicht erfüllen. Um dieses schwierige Problem zu lösen, stellte das Qingdao Energy Storage Institute das Designkonzept für "starre und flexible" feste Polymerelektrolyte vor und nutzte die Vorteile verschiedener Materialien, um "starre" poröse Gerüstmaterialien und "flexible" Polymerionen innovativ zu verbinden Materialien übertragen. Durch die Vorteile und Komplementaritäten von starren und flexiblen Materialien in Kombination mit der Lewis-Säure-Base-Wechselwirkung zur Erhöhung der Segmentbewegung und zur Verbesserung der Grenzflächenionenübertragungseigenschaften wurde eine Reihe von Festpolymerelektrolyten mit ausgezeichneter umfassender Leistung hergestellt, um die Anforderungen von langen zu erfüllen Ausdauer und hohe Sicherheit solide Lithiumbatterien. Die Ergebnisreihe wurde in ACSappl.Mater.Interfaces, 2017, 9,3694 veröffentlicht; Electrochim.Acta, 2017, 225, 151; J. Mater.Chem.A, 2016, 4,5191; 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 und andere akademische Zeitschriften.

Die Ionenleitung zwischen Festelektrolyten und Elektroden hängt mit dem Erfolg oder Misserfolg fester Lithiumbatterien zusammen. Um die von der "SEI-Membran" inspirierte Grenzflächenimpedanz wirksam zu reduzieren, schlug das Qingdao Energy Storage Institute den Mechanismus der "In-situ-Selbstbildung" vor. Zuerst infiltriert das flüssige Monomermolekül die Elektrodengrenzfläche und polymerisiert sie dann in situ zu einem Polymerfestelektrolyten. Dieses "in-situ-Selbstbildungssystem" löst effektiv die Ionenleitung der festen Grenzfläche und verbessert gleichzeitig die Verteilung der Lithiumionen an der Grenzfläche, um Lithiumdendriten zu hemmen. Die Ergebnisse werden in Adv.Sci veröffentlicht. , 2017, 4,160377; 2017, DOI: 10.1002 / Manuskript Nr. Advs. 2017 00174. Basierend auf diesem Konzept kann die vom Qingdao Energy Storage Institute gebaute integrierte Festkörper-Natriumbatterie die Grenzflächenimpedanz effektiv reduzieren und das elektrochemische Fenster erweitern, wodurch die Langzeitzyklusstabilität von Festkörper-Natriumbatterien erheblich verbessert wird. Gleichzeitig wurde das "In-situ-Selbstbildungs" -Verfahren weiter auf die Anwendung der Gaodianya-Positivelektrode und den In-situ-Schutz der Lithiummetall-Negativelektrode ausgeweitet. Die Ergebnisserie wurde in Small, 2017, 13.1601530 veröffentlicht; J. Mater.Chem.A. 2017, 5,11124; Chem.Mater.2017, 29,4682.

Bei der praktischen Anwendung von Festkörperbatterien sind Extrusion und Punktion unvermeidlich. Der Umgang mit dem daraus resultierenden festen Schnittstellenfehler ist sehr wichtig. Das Qingdao-energiespeicherhaus hat ein solides Batteriesystem mit "Kühlungsrückgewinnungs" -Funktion unter Verwendung des Gelierungsprozesses der thermisch reversiblen Polymertemperaturreaktion konstruiert (Abbildung 2). Nach starkem Zusammendrücken oder Falten kann die Batterieleistung durch einen einfachen Abkühlschritt bei niedriger Temperatur effizient wiederhergestellt werden, um die effektive feste Grenzfläche neu zu formen, obwohl der Kontakt zwischen dem Elektrolyten und der Elektrode zerstört wird und die Batterieleistung sinkt. Die Ergebnisse werden in Angew veröffentlicht. Chem.Int.Ed. 2017, DOI: 10.1002 / anie.201704373. Bei der Integration und Erprobung von Geräten mit großer Kapazität für Festkörper-Lithiumbatterien hat das Qingdao Energy Storage Institute den technischen Engpass bei Festkörper-Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte durchbrochen: erfolgreiche Entwicklung von Festkörper-Lithiumbatterien mit großer Kapazität; Die Detektionsenergiedichte von Drittanbietern des National Chemical Power Testing Center erreichte 300 Wh / kg, und die Recyclinglebensdauer überstieg das 500-fache. Darüber hinaus wird durch ihre Weiterentwicklung des Polymerheizstroms der Kurzschlusspunkt unterbrochen, um die Sicherheitsleistung zu gewährleisten. Mehrere Pinning-Experimente haben gezeigt, dass die Batterie hervorragende Sicherheits- und Selbstreparaturmerkmale aufweist (Abbildung 2).

Im März 2017 ging die vom Qingdao Energy Reserve Institute entwickelte Festkörperbatterie "Qingneng-I" mit dem Abyss-Prüfungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften an den Marianengraben, um Energie für das Lander-Steuerungssystem "Wanquan" und den CCD-Sensor bereitzustellen 10.000 Meter erfolgreich absolviert. Vollständige Tiefsee-Demonstrationsanwendung. Es zeigt, dass die Chinesische Akademie der Wissenschaften den Engpass der Tiefsee-Tiefstromversorgungstechnologie durchbrochen und die Kerntechnologie des Vollsee-Tiefstromversorgungssystems beherrscht hat. Diese Technologie bietet technische Unterstützung für die Entwicklung des Hochleistungs-Stromversorgungssystems für lange Lebensdauer, das vom U-Boot "Dragon" repräsentiert wird. Verwandte Errungenschaften und Technologien haben 29 chinesische Erfindungspatente und 3 internationale PCT-Patente angemeldet.

Die oben genannten Arbeiten wurden vom National Outstanding Youth Fund, dem Nano-Sonderprojekt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dem Deep Sea Power-Projekt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dem vorausschauenden Sonderfonds der Provinz Shandong und dem Qingdao Storage Energy Institute unterstützt Think Tank Joint Fund.

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