海洋是一笔巨大的财富,蕴藏着无限的宝藏。掌握深海潜入、探测、开发关键技术,维护海洋权益,开发海洋资源,迫在眉睫。
研发载人载器的深海智能装备是贯彻我国深海战略的关键,而深海电源又是深海装备的供能保障。深海电源需要满足高耐压、高安全、高能量密度的苛刻要求。
那什么样的电池可以满足深海电源的要求呢?在目前商品化的电源体系中,锂离子电池的应用最广泛、最成熟,且能量密度最高。采用锂离子电池可以提升深海装备的续航时间,且节约空间,满足深海装备载荷和智能化的需要。
商业化锂离子电池主要由正极、负极、液态电解质及隔膜组成。当给深海装备供能时,锂离子和电子同时从负极出发,离子经电解质,电子经外电路到达正极完成供能。电解质是决定电池安全稳定性的重要部分。而现有体系普遍采用液态有机电解液来传导锂离子,闪点低,易燃易爆,且不耐深海高压,存在重大安全隐患。
以固态电解质替代液态电解液,可以显著的提升锂电池的安全性能。但是如何兼顾机械强度和离子传输是固态电解质需要解决的瓶颈问题。
有的固态电解质杨氏模量过大,无法承受深海高压,就好比硬脆的玻璃,在受力的时候极易断裂,这类材料在深海高压下易产生裂纹导致材料破碎,影响离子传输。而有的固态电解质杨氏模量过小,通俗的说就是太软,像面团一样极易发生形变,虽然这类电解质通常具备更好的离子传输性能,但是在深海却无法提供足够的机械强度来支撑电池对抗超高水压,造成的巨大体积形变往往会导致电池的失效甚至爆炸等安全事故。
为了解决这个瓶颈问题,中科深蓝汇泽提出了刚柔并济的设计理念,本项目采用强韧的材料作为“刚”性骨架来保证电解质够硬,通过复合柔性离子传输材料来实现电解质的强韧兼备,并利用刚柔交合的界面创建高效离子传输途径,开发出综合性能优异的聚合物基复合固态电解质。
固态电池中,电极材料与电解质的接触是固体与固体界面间点对点的接触,多次充放电循环后电极发生体积形变,固态电极与电解质因应力产生裂纹而带来电极与电解质之间的接触失效,导致电池容量的衰减。
为了解决这问题,我司通过高温化成工艺引发电解质的原位热聚合,开发出原位固化界面融合技术实现固态电解质与固态电极的无缝接触,实现离子的高效输运, 使电池的循环寿命得到显著提升。
基于上述两项关键技术,电池单体的安全和稳定性均得到了显著的提升,保证其能更好的为深海装备服务。除此之外,刚柔并济的固态电解质还具有更宽电化学窗口,更高离子电导率,这意味着电池具有更高的能量密度,更出色的长续航能力以及更强劲的动力性能。
与液态电池相比,中科深蓝汇泽固态电池单体可以通过多次穿钉实验。
固态电池还通过了国家深海基地管理中心8000米和11000米压力舱第三方检测,显示出良好的耐深海高压性能。
截止到目前,先后为各类深潜装备提供了68批次电源系统,累计服务于万泉、天涯、海角、凤凰、金鸡、海斗、鹿岭、 沧海等深海装备,均实现了“零”事故安全运行,得到了用户高度评价。