青島エナジーシリーズは、固体リチウム電池分野でどのような進歩を遂げましたか？

テスラの電気自動車の火災事故が次々と発生しています。いくつかの国内事件は非常に深刻です。車両全体がひどく焼けており、市販のリチウムイオン電池の安全性を再検討することができます。従来のリチウムイオン電池の液体有機電解質は、燃焼と爆発の危険の主な原因です。バッテリー管理システムは、バッテリーの一貫性と安全性をある程度確保できますが、外力が衝突してパンクが発生すると、リチウムイオンバッテリーの爆発が避けられません。明らかに、これは単純な外部バッテリー管理や物理的な周辺機器の保護では解決できません。リチウム電池の安全性を根本的に向上させるためには、理論的にリチウム電池の設計コンセプトを打ち破る必要があります。

従来の液体電解質の代わりに固体電解質を使用することが、リチウム電池の安全性を本質的に改善する唯一の方法であると考えられています。しかし、固体界面の適合性や未成熟な固体電解質スケール調製技術などの一連の科学的問題のため、市販の高エネルギー密度固体リチウム電池はありませんでした。中国科学院のQingdaoInstitute of Bioenergy and Process Research Instituteに依存して、Qingdao Energy Storage Industry Technology Research Institute（略称：Qingdao Energy Storage Institute）は、中国科学院Nanotopicの支援を受けて調査を行ってきました。長年の探求、そして高エネルギー密度の固体リチウム電池を達成しました。さまざまな段階で進歩が見られました。基礎研究の分野で一連の進歩があり、42のSCI論文が発表されました。海を越えた高エネルギー密度で安全性の高い深固体リチウム電池の工業化のデモンストレーションでは、海全体に長期的に電力を供給するための主要なコア技術が取り上げられました。 11000メートルの圧力タンクテストと全海深のデモンストレーションアプリケーションは、国の深海電力供給を新しい高さに高めるために達成されました。

固体電解質は、固体リチウムイオン電池のコアコンポーネントです。優れた総合性能を備えた固体電解質システムの研究開発は、バッテリー性能を向上させるためのシステムのコアでありボトルネックです。しかし、無機材料や高分子材料、単一材料だけでは、イオン伝導性、機械的強度、熱安定性の包括的な性能のための大容量電池の要件を満たすことはできません。この困難な問題を解決するために、青島エネルギー貯蔵研究所は「剛性と柔軟性のある」固体高分子電解質の設計コンセプトを提唱し、さまざまな材料の利点を利用して「剛性」の多孔質骨格材料と「柔軟性のある」高分子イオンを革新的に配合しました材料を転送します。剛性と柔軟性のある材料の利点と補完性、およびルイス酸塩基相互作用を組み合わせてセグメント運動を増加させ、界面イオン透過特性を強化することにより、優れた包括的な性能を備えた多数の固体高分子電解質が、長い要件を満たすために準備されました耐久性と安全性の高い固体リチウム電池。一連の結果は、ACSappl.Mater.Interfaces、2017、9,3694で公開されています。 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およびその他の学術雑誌。

固体電解質と電極間のイオン伝導は、固体リチウム電池の成功または失敗に関連しています。青島エネルギー貯蔵研究所は、「SEI膜」に触発された界面インピーダンスを効果的に低減するために、「その場での自己形成」メカニズムを提案しました。最初に、液体モノマー分子が電極界面に浸透し、次にそれをその場で重合してポリマー固体電解質にする。この「その場自己形成」システムは、固体界面のイオン伝導を効果的に解決すると同時に、界面でのリチウムイオンの分布を改善してリチウムデンドライトを抑制します。結果はAdv.Sciに公開されています。 、2017、4,160377; 2017、DOI：10.1002 /原稿番号advs。 2017 00174.この概念に基づいて、Qingdao Energy Storage Instituteによって構築された統合固体ナトリウム電池は、界面インピーダンスを効果的に低減し、電位窓を広げ、固体ナトリウム電池の長期サイクル安定性を大幅に向上させることができます。同時に、「その場自己形成」法は、Gaodianya正極の適用およびリチウム金属負極のその場保護にさらに拡張された。一連の結果は、Small、2017、13,1601530に公開されました。 J.Mater.Chem.A。 2017、5,11124; Chem.Mater.2017、29,4682。

全固体電池の実際のアプリケーションでは、押し出しとパンクは避けられません。結果として生じる固定インターフェース障害に対処する方法は非常に必要です。青島のエネルギー貯蔵所は、熱可逆性ポリマー温度応答のゲル化プロセスを使用して、「冷却回復」機能を備えた全固体電池システムを構築しました（図2）。強く絞ったり折りたたんだりすると、電解液と電極の接触が失われ、電池の性能が低下しますが、簡単な低温冷却工程で電池の性能を効率的に回復し、効果的な固体界面を再形成できます。結果はAngewで公開されます。 Chem.Int.Ed。 2017、DOI：10.1002 /anie.201704373。 Qingdao Energy Storage Instituteは、固体リチウム電池用の大容量デバイスの統合と試行において、高エネルギー密度の固体リチウム電池の技術的なボトルネックを打ち破りました。大容量の固体リチウム電池の開発に成功しました。 National Chemical Power TestingCenterのサードパーティの検出エネルギー密度は300Wh / kgに達し、リサイクル寿命は500倍を超えました。さらに、ポリマー加熱流のさらなる開発により、短絡点が遮断され、安全性能が確保されます。複数のピン留め実験により、バッテリーは優れた安全性と自己修復特性を備えていることが示されています（図2）。

2017年3月、青島エネルギー予備研究所が開発した「Qingneng-I」全固体電池は、中国科学院深淵試験チームとともにマリアナ海溝に行き、「万泉」着陸船制御システムとCCDセンサーにエネルギーを供給しました。 10,000メートルを正常に完了しました。完全な深海デモンストレーションアプリケーション。これは、中国科学院が全海深海電源技術のボトルネックを打ち破り、全海深海電源システムのコア技術を習得したことを示しています。この技術は、「ドラゴン」潜水艦に代表される高性能で長持ちする電源システムの開発に技術サポートを提供します。関連する成果と技術は、29の中国の発明特許と3つの国際PCT特許に適用されています。

上記の作業は、国家優秀青年基金、中国科学院のナノ特別プロジェクト、中国科学院の深海電力プロジェクト、山東省の将来を見据えた特別基金、および青島貯蔵エネルギー研究所によって支援されました。シンクタンク共同基金。

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