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【中国科学报】深耕固态电池关键技术 追梦深海特种电源系统

发布日期:2021-07-17 07:06   来源:未知   阅读:

  168手机报码现场直播。作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  100年前,一批热血爱国青年为拯救水深火热的中华民族在青岛点燃了“五四火炬”;100年后,在这片创新创业的热土上,一批新时代的青年科学家在这里落地生根,科技创新的力量在这里蓬勃发展。

  中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心党小组在该所党委的领导下,以“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的新时代科学家精神为指引,面向国家深海装备重大战略需求,积极发挥党员先锋模范作用,深耕固态电池关键技术、聚焦深海特种电源系统。

  历经11年科研攻关,固态能源系统技术中心党小组在国际上首创“刚柔并济”聚合物复合固态电解质,秉承“功(率)能(量)兼备”的系统设计理念,开发出具有完全自主知识产权的高比能、高安全、高耐深海压、长使役寿命的固态锂电池及深海特种电源系统。在中国科学院深海科学与工程研究所的支持和合作下,该系统率先在马里亚纳海沟实现全海深应用,为国家深海环境探测、科学研究提供了强有力的能源技术支撑,在国际上开创了高比能固态锂电池特种电源系统深海智能装备应用新局面。

  固态能源系统技术中心由该所研究员崔光磊于2009年组建,是2020年研究所进行科研组织架构调整后首批成立的组群之一。该中心党员占比59.5%,其中副高及以上人员中党员占比64.7%,课题负责人中党员占比66.7%。该中心在研究所党委指导下成立了党小组,形成了一支材料、电化学、高分子化学、机械、电子、理论计算与模拟等多学科交叉融合的党员先锋模范队伍。

  在党旗的召唤和引领下,这支以党员为“主力军”的科研队伍始终面向国家重大战略需求,瞄准固态锂电池共性科学性关键问题,搭建国际一流的深海固态锂电池研发装备平台,攻关关键材料、器件研发和系统集成技术,形成了以“刚柔并济”聚合物固态电解质关键材料和原位固态化界面融合核心技术的技术包,开发了深海特种固态电源系统为特色的完整技术体系。

  据统计,党小组组长崔光磊带领团队累计申请固态锂电池技术相关的国家专利97项,其中授权发明专利54项,授权实用新型专利14项,申请PCT专利6项,突破并形成了具有自主知识产权的关键技术和核心产品,极大提升了该党小组在深海特种电源系统方面的核心竞争力。他们在重大科研攻关任务中冲锋在前、勇担重任,团队齐心协力、拧成一股绳,攻坚克难。

  党小组一直秉承“知行合一、不忘初心”的理念。崔光磊带领党员立下了未来发展的三大核心目标:成为电化学能源材料与器件领域国际一流的研究队伍;在关键材料和核心技术方面取得突破;将自主知识产权技术服务于国家重大需求并支撑地方经济,利器添翼、良工谋事。

  针对传统聚环氧乙烷固态聚合物电解质存在的室温离子电导率低、电化学窗口窄、力学强度差等诸多瓶颈问题,崔光磊带领党员吴天元、周倩、张焕瑞通过一系列的探索,独辟蹊径,首次提出“刚柔并济”聚合物复合固态电解质设计理念,实现了固态聚合物电解质综合性能的全面提升。该理念一经提出,便引起国际同行广泛关注,得到了聚合物电解质创始人Armand 以及2019年诺贝尔化学奖获得者Goodenough的高度评价。

  为进一步解决应用难题,崔光磊又与团队的青年党员张建军,研发骨干韩鹏献、刘海胜、马君共同提出了原位固态化界面融合技术,有效解决了固态锂电池固/固界面传输困难和多重界面载流子传输失效等问题。

  在此基础上,青年党员董杉木、鞠江伟、崔子立等人又发展低温熔盐原位固化技术,解决了液态前驱体聚合度低带来的安全和副反应问题;同时,利用分子间超分子作用大幅提升离子传导和界面跃迁,完善了离子多相界面渗流传输理论体系,获得了2018年山东省自然科学奖一等奖。

  党小组在聚合物复合电解质固态电池领域取得的一系列开创性成果,引起了国内外知名公司的广泛关注。2013年起,他们先后吸引了德国两家跨国公司,共同合作开发刚柔并济固态聚合物电解质关键材料。2015年起,他们与上市公司江苏中天储能科技有限公司开展固态锂电池技术合作,将本项目技术理念用于该公司提升电池产品的比能量、安全性及循环寿命等各项指标,在大型储能电站、后备电源等产品中得以推广应用。

  习总书记指出:“实践反复告诉我们,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”

  党小组多次集中、深入学习总书记的重要讲话并以此为指导,以深海特种电源产业化关键技术作为工作的重中之重。

  从2016年起,该党小组先后得到了国家自然科学杰出青年基金、国家自然科学基金—山东省联合基金、科技部国家重点研发计划新能源汽车专项、中科院战略性先导专项A类和B类项目等重大项目支持,不断将基础研究成果转化为解决国家需求的关键技术,履行新时代科技工作者的使命担当。

  从2011年起,党小组发扬艰苦奋斗的光荣传统,将有限的经费悉数投入到产业化项目上去。他们自立更生,先后建立了小试和中试生产线MWh的固态锂电池智能化生产线,全面推进特种固态锂电池电源系统向纵深方向发展。

  经过无数个日日夜夜的不断尝试和反复验证,崔光磊带领团队努力攻关,研制出单体能量密度200Wh/kg到300Wh/kg、单体容量可调的系列化固态锂电池产品;在国家重点研发计划支持下,研制出比能量达350Wh/kg的固态锂电池产品;2020年又开发出能量密度526Wh/kg的固态锂金属电池——能量密度一次次伴随着他们的汗水而升级刷新。

  针对传统锂离子电池动力系统能量密度不能满足长续航需求、安全性差、动力性不足等瓶颈问题,固态能源系统技术中心党小组广大党员秉持着勇于担当、敢为人先的创新精神,在“十二五”科技部“863”研究课题支持下,团结协力研制出高比功率、长寿命锂离子电容器,构建了基于高比能固态锂电池与高比功率锂离子电容器的具有三模式智能控制系统“功(率)能(量)兼备”的双电源动力集成系统,为特种装备提供高功率低温启动、制动能量回收、长续航、长寿命的动力系统解决方案。

  党小组不断增强“四个意识”,坚定“四个自信”,自觉做到“两个维护”,大力发扬“恪尽职守,忘我无私”的团队精神,充分发挥党员的核心骨干作用,带动研究组全体成员开拓创新,自我突破。崔光磊带领团队,携手中国科学院深海科学与工程研究所,在深海特种电池应用方面取得了一系列开创性成果。

  从2015年10月起,团队开始向中国科学院深海科学与工程研究所提供深海特种固态锂电池系统产品。全海深高压环境模拟在线压力试验显示,固态锂电池系统在121 MPa全海深模拟极端压力下完整无变形,并且对外供电正常。其所开发的“青能-Ⅰ”固态锂电池电源系统随TS03航次科考船远赴马里亚纳海沟,为“万泉”号着陆器控制系统及CCD传感器提供能源,累计完成9次下潜,其中6次超过10000米,最大工作水深10901米,累计坐底工作时间98.5小时。这标志着我国成功突破了全海深电源技术瓶颈,填补了国际全海深高能量密度深海电源技术的空白。

  2018年8到10月,在中国科学院深海科学与工程研究所支持下,开发的模块化固态电源系统随TS09航次科考船再次远赴马里亚纳海沟,为天涯、海角、万泉等全海深着陆器提供能源动力,共计完成27个潜次的作业,15次下潜深度超过万米,最大下潜深度10918米,单次下潜最长作业时间26天10小时43分钟,创世界上单次连续作业纪录。

  2018年12月至2019年6月,研制的高能量固态锂电池系统完成了南海坐底作业,实现了长达198天的持续无故障运行,为长潜伏“金鸡”着陆器提供了可靠的能源保障,证明了固态锂电池及BMS系统具有卓越的低放电率和低功耗特性。

  2020年11月,全海深固态锂电池系统为全球首次全海深视频直播提供能源保障。该系统为中国科学院深海科学与工程研究所“沧海”号视频着陆器提供了充足的能量动力,成功保障了“沧海”与“奋斗者”的万米深海联合作业,视频见证“奋斗者”成功标注了中国载人深潜新坐标。同段时间,高功率固态锂电池系统为“鹿岭”多位点着陆器提供了大功率、长航时的能源动力,成功完成多位点、长距离的浮游作业,突破了国外大功率深海电源技术封锁。

  自2015年至今,崔光磊已带领团队党员们累计为各类深海科考装备用户提供了68批次固态锂电池电源系统。5年内,研制的全海深电源系统实现零故障应用,表明我国深海装备用全海深电源系统技术已趋于成熟,为我国深海事业发展提供了安全、可靠、零事故运行的特种电源保障。

  2021年也是我国“十四五”开局之年。站在新的起点,迎接新的任务,面对新的挑战,针对深海装备智能化与集群化发展对先进电源系统的工况要求,固态能源系统技术中心党小组将响应新时代的号召,不忘初心、牢记使命,不断提升深海特种电池品质,为深海装备提供更加安全、更加高效的能源动力供给,大幅提升我国深海装备的续航能力和水平,将科研成果书写在祖国大地上。

  100年前,一批热血爱国青年为拯救水深火热的中华民族在青岛点燃了“五四火炬”;100年后,在这片创新创业的热土上,一批新时代的青年科学家在这里落地生根,科技创新的力量在这里蓬勃发展。

  中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心党小组在该所党委的领导下,以“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的新时代科学家精神为指引,面向国家深海装备重大战略需求,积极发挥党员先锋模范作用,深耕固态电池关键技术、聚焦深海特种电源系统。

  历经11年科研攻关,固态能源系统技术中心党小组在国际上首创“刚柔并济”聚合物复合固态电解质,秉承“功(率)能(量)兼备”的系统设计理念,开发出具有完全自主知识产权的高比能、高安全、高耐深海压、长使役寿命的固态锂电池及深海特种电源系统。在中国科学院深海科学与工程研究所的支持和合作下,该系统率先在马里亚纳海沟实现全海深应用,为国家深海环境探测、科学研究提供了强有力的能源技术支撑,在国际上开创了高比能固态锂电池特种电源系统深海智能装备应用新局面。

  固态能源系统技术中心由该所研究员崔光磊于2009年组建,是2020年研究所进行科研组织架构调整后首批成立的组群之一。该中心党员占比59.5%,其中副高及以上人员中党员占比64.7%,课题负责人中党员占比66.7%。该中心在研究所党委指导下成立了党小组,形成了一支材料、电化学、高分子化学、机械、电子、理论计算与模拟等多学科交叉融合的党员先锋模范队伍。

  在党旗的召唤和引领下,这支以党员为“主力军”的科研队伍始终面向国家重大战略需求,瞄准固态锂电池共性科学性关键问题,搭建国际一流的深海固态锂电池研发装备平台,攻关关键材料、器件研发和系统集成技术,形成了以“刚柔并济”聚合物固态电解质关键材料和原位固态化界面融合核心技术的技术包,开发了深海特种固态电源系统为特色的完整技术体系。

  据统计,党小组组长崔光磊带领团队累计申请固态锂电池技术相关的国家专利97项,其中授权发明专利54项,授权实用新型专利14项,申请PCT专利6项,突破并形成了具有自主知识产权的关键技术和核心产品,极大提升了该党小组在深海特种电源系统方面的核心竞争力。他们在重大科研攻关任务中冲锋在前、勇担重任,团队齐心协力、拧成一股绳,攻坚克难。

  党小组一直秉承“知行合一、不忘初心”的理念。崔光磊带领党员立下了未来发展的三大核心目标:成为电化学能源材料与器件领域国际一流的研究队伍;在关键材料和核心技术方面取得突破;将自主知识产权技术服务于国家重大需求并支撑地方经济,利器添翼、良工谋事。

  针对传统聚环氧乙烷固态聚合物电解质存在的室温离子电导率低、电化学窗口窄、力学强度差等诸多瓶颈问题,崔光磊带领党员吴天元、周倩、张焕瑞通过一系列的探索,独辟蹊径,首次提出“刚柔并济”聚合物复合固态电解质设计理念,实现了固态聚合物电解质综合性能的全面提升。该理念一经提出,便引起国际同行广泛关注,得到了聚合物电解质创始人Armand 以及2019年诺贝尔化学奖获得者Goodenough的高度评价。

  为进一步解决应用难题,崔光磊又与团队的青年党员张建军,研发骨干韩鹏献、刘海胜、马君共同提出了原位固态化界面融合技术,有效解决了固态锂电池固/固界面传输困难和多重界面载流子传输失效等问题。

  在此基础上,青年党员董杉木、鞠江伟、崔子立等人又发展低温熔盐原位固化技术,解决了液态前驱体聚合度低带来的安全和副反应问题;同时,利用分子间超分子作用大幅提升离子传导和界面跃迁,完善了离子多相界面渗流传输理论体系,获得了2018年山东省自然科学奖一等奖。

  党小组在聚合物复合电解质固态电池领域取得的一系列开创性成果,引起了国内外知名公司的广泛关注。2013年起,他们先后吸引了德国两家跨国公司,共同合作开发刚柔并济固态聚合物电解质关键材料。2015年起,他们与上市公司江苏中天储能科技有限公司开展固态锂电池技术合作,将本项目技术理念用于该公司提升电池产品的比能量、安全性及循环寿命等各项指标,在大型储能电站、后备电源等产品中得以推广应用。

  习总书记指出:“实践反复告诉我们,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”

  党小组多次集中、深入学习总书记的重要讲话并以此为指导,以深海特种电源产业化关键技术作为工作的重中之重。

  从2016年起,该党小组先后得到了国家自然科学杰出青年基金、国家自然科学基金—山东省联合基金、科技部国家重点研发计划新能源汽车专项、中科院战略性先导专项A类和B类项目等重大项目支持,不断将基础研究成果转化为解决国家需求的关键技术,履行新时代科技工作者的使命担当。

  从2011年起,党小组发扬艰苦奋斗的光荣传统,将有限的经费悉数投入到产业化项目上去。他们自立更生,先后建立了小试和中试生产线MWh的固态锂电池智能化生产线,全面推进特种固态锂电池电源系统向纵深方向发展。

  经过无数个日日夜夜的不断尝试和反复验证,崔光磊带领团队努力攻关,研制出单体能量密度200Wh/kg到300Wh/kg、单体容量可调的系列化固态锂电池产品;在国家重点研发计划支持下,研制出比能量达350Wh/kg的固态锂电池产品;2020年又开发出能量密度526Wh/kg的固态锂金属电池——能量密度一次次伴随着他们的汗水而升级刷新。

  针对传统锂离子电池动力系统能量密度不能满足长续航需求、安全性差、动力性不足等瓶颈问题,固态能源系统技术中心党小组广大党员秉持着勇于担当、敢为人先的创新精神,在“十二五”科技部“863”研究课题支持下,团结协力研制出高比功率、长寿命锂离子电容器,构建了基于高比能固态锂电池与高比功率锂离子电容器的具有三模式智能控制系统“功(率)能(量)兼备”的双电源动力集成系统,为特种装备提供高功率低温启动、制动能量回收、长续航、长寿命的动力系统解决方案。

  党小组不断增强“四个意识”,坚定“四个自信”,自觉做到“两个维护”,大力发扬“恪尽职守,忘我无私”的团队精神,充分发挥党员的核心骨干作用,带动研究组全体成员开拓创新,自我突破。崔光磊带领团队,携手中国科学院深海科学与工程研究所,在深海特种电池应用方面取得了一系列开创性成果。

  从2015年10月起,团队开始向中国科学院深海科学与工程研究所提供深海特种固态锂电池系统产品。全海深高压环境模拟在线压力试验显示,固态锂电池系统在121 MPa全海深模拟极端压力下完整无变形,并且对外供电正常。其所开发的“青能-Ⅰ”固态锂电池电源系统随TS03航次科考船远赴马里亚纳海沟,为“万泉”号着陆器控制系统及CCD传感器提供能源,累计完成9次下潜,其中6次超过10000米,最大工作水深10901米,累计坐底工作时间98.5小时。这标志着我国成功突破了全海深电源技术瓶颈,填补了国际全海深高能量密度深海电源技术的空白。

  2018年8到10月,在中国科学院深海科学与工程研究所支持下,开发的模块化固态电源系统随TS09航次科考船再次远赴马里亚纳海沟,为天涯、海角、万泉等全海深着陆器提供能源动力,共计完成27个潜次的作业,15次下潜深度超过万米,最大下潜深度10918米,单次下潜最长作业时间26天10小时43分钟,创世界上单次连续作业纪录。

  2018年12月至2019年6月,研制的高能量固态锂电池系统完成了南海坐底作业,实现了长达198天的持续无故障运行,为长潜伏“金鸡”着陆器提供了可靠的能源保障,证明了固态锂电池及BMS系统具有卓越的低放电率和低功耗特性。

  2020年11月,全海深固态锂电池系统为全球首次全海深视频直播提供能源保障。该系统为中国科学院深海科学与工程研究所“沧海”号视频着陆器提供了充足的能量动力,成功保障了“沧海”与“奋斗者”的万米深海联合作业,视频见证“奋斗者”成功标注了中国载人深潜新坐标。同段时间,高功率固态锂电池系统为“鹿岭”多位点着陆器提供了大功率、长航时的能源动力,成功完成多位点、长距离的浮游作业,突破了国外大功率深海电源技术封锁。

  自2015年至今,崔光磊已带领团队党员们累计为各类深海科考装备用户提供了68批次固态锂电池电源系统。5年内,研制的全海深电源系统实现零故障应用,表明我国深海装备用全海深电源系统技术已趋于成熟,为我国深海事业发展提供了安全、可靠、零事故运行的特种电源保障。

  2021年也是我国“十四五”开局之年。站在新的起点,迎接新的任务,面对新的挑战,针对深海装备智能化与集群化发展对先进电源系统的工况要求,固态能源系统技术中心党小组将响应新时代的号召,不忘初心、牢记使命,不断提升深海特种电池品质,为深海装备提供更加安全、更加高效的能源动力供给,大幅提升我国深海装备的续航能力和水平,将科研成果书写在祖国大地上。PPS网络电视 v25804000正式版