¿Qué progreso se ha logrado en la serie Qingdao Energy en el campo de las baterías de litio sólidas?

Los accidentes por incendio de los vehículos eléctricos Tesla se han producido uno tras otro. Varios incidentes domésticos han sido muy graves. Incluso todo el vehículo se ha quemado gravemente, lo que permite a las personas volver a examinar la seguridad de las baterías comerciales de iones de litio. Los electrolitos orgánicos líquidos en las baterías de iones de litio tradicionales son los principales culpables de los peligros de combustión y explosión. Aunque el sistema de gestión de la batería puede garantizar la consistencia y seguridad de la batería hasta cierto punto, cuando la fuerza externa choca para causar la perforación, la explosión del incendio de la batería de iones de litio es inevitable. Evidentemente, esto no se puede solucionar con una simple gestión de la batería externa o con la protección física de los periféricos. Es necesario romper teóricamente con el concepto de diseño de las baterías de litio para mejorar fundamentalmente la seguridad de las baterías de litio.

El uso de electrolitos sólidos para reemplazar los electrolitos líquidos tradicionales se considera la única forma de mejorar esencialmente la seguridad de las baterías de litio. Sin embargo, debido a una serie de problemas científicos, como la compatibilidad de la interfaz sólida y la tecnología de preparación de incrustaciones de electrolitos sólidos inmaduras, no ha habido una batería comercial de litio sólido de alta densidad de energía. Apoyándose en el Instituto de Investigación de Procesos y Bioenergía de Qingdao de la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Investigación de Tecnología de la Industria de Almacenamiento de Energía de Qingdao (abreviatura: Instituto de Almacenamiento de Energía de Qingdao), con el apoyo de la Academia de Ciencias de China Nanotopic, ha estado explorando y explorando durante muchos años, y ha logrado baterías de litio de estado sólido de alta densidad de energía. Se ha avanzado en diferentes etapas. Se han realizado una serie de avances en el campo de la investigación básica y se han publicado 42 artículos de SCI. En la demostración de la industrialización de baterías de litio sólidas profundas de alta densidad de energía y alta seguridad en el mar, se han capturado las tecnologías centrales clave para el suministro de energía a largo plazo en todo el mar. La prueba del tanque de presión de 11000 metros y la aplicación de demostración de profundidad del mar se han logrado para impulsar el suministro de energía de aguas profundas del país a una nueva altura.

El electrolito sólido es el componente central de las baterías sólidas de iones de litio. La investigación y el desarrollo de un sistema de electrolitos sólidos con un excelente rendimiento integral es el núcleo y el cuello de botella del sistema para mejorar el rendimiento de la batería. Sin embargo, los materiales inorgánicos o los materiales poliméricos, los materiales individuales por sí solos, no pueden cumplir con los requisitos de las baterías de alta capacidad para el desempeño integral de la conductividad iónica, la resistencia mecánica y la estabilidad térmica. Para resolver este difícil problema, el Instituto de almacenamiento de energía de Qingdao presentó el concepto de diseño de electrolitos de polímeros sólidos "rígidos y flexibles" y utilizó las ventajas de diferentes materiales para componer de manera innovadora materiales de esqueleto poroso "rígidos" e iones de polímero "flexible". transferir materiales. A través de las ventajas y complementariedades de los materiales rígidos y flexibles, combinados con la interacción ácido-base de Lewis para aumentar el movimiento segmentario y mejorar las características de transmisión de iones de la interfaz, se prepararon una serie de electrolitos de polímero sólido con un excelente rendimiento integral para cumplir con los requisitos de larga duración. baterías de litio sólidas de alta resistencia y alta seguridad. La serie de resultados ha sido publicada en ACSappl.Mater.Interfaces, 2017, 9,3694; 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 y otras revistas académicas.

La conducción de iones entre electrolitos sólidos y electrodos está relacionada con el éxito o el fracaso de las baterías de litio sólidas. Con el fin de reducir eficazmente la impedancia de la interfaz, inspirado en la "membrana SEI", el Instituto de Almacenamiento de Energía de Qingdao propuso el mecanismo de "autoformación in situ". Primero, la molécula de monómero líquido se infiltra en la interfaz del electrodo y luego la polimeriza in situ en un electrolito sólido de polímero. Este sistema de "autoformación in situ" resuelve eficazmente la conducción de iones de la interfaz sólida al tiempo que mejora la distribución de iones de litio en la interfaz para inhibir las dendritas de litio. Los resultados se publican en Adv.Sci. , 2017, 4.160377; 2017, DOI: 10.1002 / manuscrito No. advs. 2017 00174. Basado en este concepto, la batería de sodio de estado sólido integrada construida por el Instituto de Almacenamiento de Energía de Qingdao puede reducir efectivamente la impedancia de la interfaz y ampliar la ventana electroquímica, mejorando en gran medida la estabilidad del ciclo a largo plazo de las baterías de sodio de estado sólido. Al mismo tiempo, el método de "autoformación in situ" se amplió aún más a la aplicación del electrodo positivo Gaodianya y la protección in situ del electrodo negativo de metal litio. La serie de resultados fue publicada en Small, 2017, 13,1601530; J. Mater.Chem.A. 2017, 5,11124; Chem.Mater.2017, 29,4682.

En la aplicación práctica de las baterías de estado sólido, la extrusión y la perforación son inevitables. Es muy necesario saber cómo lidiar con la falla de la interfaz fija resultante. La casa de almacenamiento de energía de Qingdao ha construido un sistema de batería sólida con función de "recuperación de enfriamiento" utilizando el proceso de gelificación de la respuesta térmica del polímero reversible (Figura 2). Después de apretar o doblar fuertemente, aunque el contacto entre el electrolito y el electrodo se destruye y el rendimiento de la batería se desploma, el rendimiento de la batería se puede restaurar de manera eficiente a través de un simple paso de enfriamiento a baja temperatura para remodelar la interfaz sólida efectiva. Los resultados se publican en Angew. Chem.Int.Ed. 2017, DOI: 10.1002 / anie.201704373. En la integración y prueba de dispositivos de gran capacidad para baterías de litio de estado sólido, el Instituto de Almacenamiento de Energía de Qingdao ha superado el cuello de botella técnico de las baterías de litio de estado sólido de alta densidad energética: desarrollo exitoso de baterías de litio de estado sólido de gran capacidad; La densidad de energía de detección de terceros del Centro Nacional de Pruebas de Energía Química alcanzó los 300 Wh / kg y la vida útil del reciclaje superó las 500 veces; Además, su mayor desarrollo del flujo de calentamiento del polímero cortará el punto de cortocircuito para garantizar el rendimiento de seguridad. Múltiples experimentos de fijación han demostrado que la batería tiene excelentes características de seguridad y autorreparación (Figura 2).

En marzo de 2017, la batería de estado sólido "Qingneng-I" desarrollada por el Instituto de Reserva de Energía de Qingdao fue a la Fosa de las Marianas con el Equipo de Examen del Abismo de la Academia China de Ciencias para proporcionar energía para el sistema de control del módulo de aterrizaje "Wanquan" y el sensor CCD, y completado con éxito 10,000 metros. Aplicación de demostración completa en aguas profundas. Señala que la Academia de Ciencias de China ha superado el cuello de botella de la tecnología de suministro de energía en aguas profundas y ha dominado la tecnología central del sistema de suministro de energía en aguas profundas. Esta tecnología proporcionará soporte técnico para el desarrollo del sistema de suministro de energía de larga duración y alto rendimiento representado por el submarino "Dragon". Los logros y tecnologías relacionados han solicitado 29 patentes de invención chinas y 3 patentes PCT internacionales.

El trabajo anterior fue apoyado por el Fondo Nacional para la Juventud Destacada, el Proyecto Nano Especial de la Academia de Ciencias de China, el Proyecto de Energía del Mar Profundo de la Academia de Ciencias de China, el Fondo Especial Provincial de Shandong con visión de futuro y el Instituto de Energía de Almacenamiento de Qingdao. Fondo Conjunto Think Tank.

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