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开门红|大连:国际领先!动力能源电池研发取得新突破

时间:2024-03-06 11:24 浏览:

央广网大连3月2日消息(记者 王松 于芳菲)眼下,全国各地各行业正开足马力刷新进度推进取得“开门红”。近日,记者从中国科学院大连化物所获悉,能源催化转化全国重点实验室主任陈忠伟带领团队在2024年前两个月里接连取得了两项重要成果——自主研发的第一代超低温特种锂离子电池成功定型;高比能氢混动力电源适配的工业级无人机试飞成功——拿下了动力能源电池与系统研究的“开门红”。

陈忠伟(右二)带领团队取得突破成果(央广网记者 王松 摄)

第一代超低温特种锂离子电池研制成功

目前市场上的手机、新能源汽车的电池性能,特别是在冬季寒冷条件下的能量折损,让很多使用者感到焦虑,也限制了相关产品、产业、市场的成长发展。

普通锂离子电池最适在室温条件下工作,在北方冬季-20℃左右的天气条件下,锂离子电池放电容量只有室温时的30%左右。陈忠伟团队研制的第一代高比能超低温特种锂离子电池,能量密度达260Wh/kg,可在-60℃超低温下稳定运行,-60℃、0.5C(两小时率)运行条件下放电容量可达80%以上,-40℃放电容量可达95%,循环寿命500次以上,电池性能达到国际领先水平。

从-60℃到60℃,该电池的宽温域特性让人“眼前一亮”。陈忠伟向记者介绍,团队采用自主开发的新一代复合电解液,极大地提升了低温条件下离子电导率和界面性能;同时采用多层复合电极结构结合新型半固态电解质及改性活性材料,增加了电极和电极表面结构的稳定性和导电性,从而有效地提升了电池在低温条件下的循环性能和倍率性能。

除了性能保障,第一代特种锂离子电池在安全性上也大幅提升。“普通锂离子电池多采用液态电解液,燃点低、易泄漏,容易起火甚至爆炸,造成人员伤亡的情况发生。”团队研究员罗丹介绍,第一代特种锂离子电池所采用新型半固态电解质,液态物质占比较少,阻燃性增强,即使暴露在高温情况下也不易发生起火爆炸的情况。

宽温域使用、安全性强,该电池将助力新能源汽车和户外储能设备在极寒地区的应用,可广泛应用于航空航天、极地科考、寒带抢险、铁路基建、电力通讯、医疗电子、勘探测绘等领域。

超低温锂离子电池(央广网记者 王松 摄)

高比能氢混动力电源给无人机装上“强心脏”

航拍、表演、送外卖、喷洒农药、勘探救援……在5G等新技术加持下,无人机在生活、生产中的应用越发广泛。动力电源作为无人机的“心脏”,决定了无人机的续航时间和作业效率,决定了无人机在特定领域的“能不能用”和“好不好用”。

1月31日,由陈忠伟团队研发的高比能氢混动力电源适配的工业级无人机试飞成功,氢混动力电源比能量达600Wh/kg,无人机在-7℃、风力5级的室外环境下试飞,燃料电池稳定输出2030W。该动力电源可应用于环境温度范围-20℃~40℃,可以满足无人机各种动作变化,具有系统稳定性高、效率高、可靠性高、寿命长等特点。

陈忠伟向记者介绍,目前电动无人机市场上主流动力电源是锂电池,但锂电池存在续航时间短、低温环境适应性差等不足。氢混动力电源与之相比,具有比能量高、可靠性高、环境适应性强、可运行温度范围广等优点,常用于中型固定翼和大型多旋翼无人机,能有效解决工业无人机续航时间短的问题。“普通锂电池能够支持无人机续航20分钟到半个小时,同等条件下,我们的氢混动力电源可以让无人机续航时间达到2个小时。”陈忠伟说。

此外,团队将持续开发下一代氢混动力电源技术,结合高比功率电堆设计技术和高比能氢源技术,动力电源比能量将突破800Wh/kg,环境温度范围-40℃~60℃,达到国际领先水平。

搭载高比能氢混动力电源的无人机完成试飞(央广网记者 王松 摄)

全链条贯通式研发带来科技创新强动力

采访当天,陈忠伟刚从北京回到大连,采访结束后,他又坐上了前往陕西榆林的航班,参与当地电池模组中试基地的工作。马不停蹄的不止是他的行程,还有动力能源的研发进程。

从2022年7月启动团队组建,到2023年7月正式成为中国科学院大连化物所能源催化转化全国重点实验室主任,再到2024年初带领团队取得突破性的研究成果,陈忠伟希望打造出从基础研究到关键技术到应用示范再到工程化应用的全链条贯通式研发模式,聚焦“双碳”战略,瞄准能源科技革命科学前沿,开展电化学、能源、材料、人工智能等多学科交叉融合的创新性研究,解决制约产业发展的“卡脖子”问题,打造国际动力电池领域的原始创新高地。

“目前团队里有100多人,未来将进一步完善形成一个两三百人的团队。”陈忠伟说,不同于目前普遍的以基础研究为导向以研究员、博士研究生为主体的研发模式,在他的团队里,不仅有研究员、博士研究生组成的研究员队伍,还有一支面向产业应用的高水平工程师队伍,能够完成从基础研究、技术开发到工业示范的全链条贯通研发模式,使实验室产生的最新成果可以无缝衔接到中试基地进行放大研究,显著加快科技成果转化的进程。

“我们未来还将逐步实现基于高通量、人工智能技术加快科学研究和工程应用的科研新范式,相比于传统的试错研究模式大幅度提升了研发效率,实现科学研究的快速迭代。”陈忠伟说。