日前，依托中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所建設(shè)的青島市太陽能儲(chǔ)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員在儲(chǔ)能電池材料領(lǐng)域取得一系列重要進(jìn)展，相關(guān)成果分別發(fā)表在Nature雜志子刊Scientific reports和Chem. Commun、J. Phys. Chem. Lett.、Electrochimica Acta等雜志。
隔膜是制約動(dòng)力鋰電池發(fā)展的瓶頸問題，開發(fā)低成本、高強(qiáng)度、耐高溫和阻燃的高端鋰電池隔膜迫在眉睫。該實(shí)驗(yàn)室孔慶山博士和張建軍工程師等利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的濕法抄紙和界面復(fù)合等技術(shù)，以纖維素為原料，耦合耐高溫聚合物和阻燃功能組分，成功制備出新型高安全性阻燃纖維素動(dòng)力電池隔膜。該隔膜阻燃性能極佳，尺寸熱穩(wěn)定性能好、電解液浸潤優(yōu)異，大大提升了電池的安全性能和使用壽命。研究成果發(fā)表在Nature子刊Scientific reports(2013 DOI: 10.1038/srep03935)和知名期刊RSC Adv. ( 2013 DOI: 10.1039/C3RA45879B)、ACS Sustainable Chem. Eng.（2013 DOI: 10.1021/ssc400370h)。
(左）新型過渡金屬氮化物催化劑的鋰空氣電池示意圖；（右）高性能阻燃纖維素復(fù)合隔膜示意圖
由于新型鈣鈦礦型太陽能電池成本低廉，被《科學(xué)》雜志評(píng)為2013年十大科學(xué)突破，國際權(quán)威專家認(rèn)為其將促進(jìn)光伏能源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性改變。為進(jìn)一步提高鈣鈦礦的吸收特性，該實(shí)驗(yàn)室逄淑平博士開發(fā)出一種新鈣鈦礦材料（NH2CH=NH2PbI3），該材料禁帶寬度1.43 eV，極大的拓展了光譜吸收范圍，并提高了光電轉(zhuǎn)化效率。該材料具有良好的熱穩(wěn)定性，在低成本柔性太陽能儲(chǔ)能領(lǐng)域如光伏大棚有著廣闊的應(yīng)用前途。相關(guān)成果發(fā)表在材料領(lǐng)域權(quán)威雜志Chemistry of Materials（10.1021/cm404006p）上，并已申請專利保護(hù)。
硅、鍺等材料具有超過石墨負(fù)極3~10倍的理論容量，被認(rèn)為是下一代高能量密度鋰離子電池負(fù)極的重要選擇。然而，因其在充放電過程中巨大的體積形變，造成其充放電循環(huán)性能差的缺點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)室張傳鍵博士采用先進(jìn)材料制備技術(shù)將納米尺寸的硅、鍺材料負(fù)載于彈性骨架中，有效緩沖在充放電過程中的體積膨脹，顯著提高了電池的循環(huán)性能，相關(guān)成果發(fā)表在RSC Adv.（2013, 3, 1336-1340；）和ACS Appl. Mater. Interfaces（2013, 5, 12340?12345）。
鋰空氣電池作為理論能量密度最高的新型電池，其能量密度可與汽油相媲美，被業(yè)界譽(yù)為“終極電池”，是下一代電動(dòng)車電源的理想選擇。為了提高鋰空電池的循環(huán)性能，該實(shí)驗(yàn)室張立學(xué)博士和董杉木博士等科研人員經(jīng)過長期攻關(guān)，通過界面復(fù)合技術(shù)減少了其與放電產(chǎn)物發(fā)生的副反應(yīng)，大大提高了電池的循環(huán)性能，有效解決了目前鋰空氣電池面臨著循環(huán)壽命較低等瓶頸問題。相關(guān)成果發(fā)表在Chem. Commun.（2013,49, 3540-3542）、ACS Appl. Mater. Interfaces（2013, 5, 3677?3682）和J. Phys. Chem. Lett.等雜志。
商業(yè)化鋰離子電池電解液中的鋰鹽LiPF6熱穩(wěn)定性差，60 就會(huì)發(fā)生緩慢分解，分解副產(chǎn)物還會(huì)引發(fā)一系列的電極反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致事故。針對這一問題，該實(shí)驗(yàn)室劉志宏博士開發(fā)出新型單離子型聚合物硼酸鋰鹽（CN201210425872.3和CN201210425838.6）。該類聚合物鋰鹽綠色環(huán)保，熱穩(wěn)定性好（熱分解溫度在300 以上）。即使在80 條件下，利用此鹽所組裝的磷酸鐵鋰電池也能表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能（Electrochimica Acta, 2013, 92, 132-138），開發(fā)的電解質(zhì)體系還極大的改善了錳酸鋰電池的高溫循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表在 Solid State Ionics發(fā)表在（2013,DOI:10.1016/j.ssi.2013.09.007）。
基于該實(shí)驗(yàn)室成立以來取得的重要成果，為了更好的發(fā)揮其在儲(chǔ)能研究領(lǐng)域取得的重要作用，青島市政府決定依托該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)青島市儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，希望通過儲(chǔ)能技術(shù)研究院的建設(shè)，孵化和培育一批新材料和儲(chǔ)能技術(shù)高新技術(shù)企業(yè)，全面提升青島市儲(chǔ)能戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打造該行業(yè)人才、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)集聚高地。
（青島市太陽能儲(chǔ)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
