日前，依托中國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島市太陽能儲能重點實驗室研究人員在儲能電池材料領域取得一系列重要進展，相關成果分別發(fā)表在Nature雜志子刊Scientific reports和Chem. Commun、J. Phys. Chem. Lett.、Electrochimica Acta等雜志。
隔膜是制約動力鋰電池發(fā)展的瓶頸問題，開發(fā)低成本、高強度、耐高溫和阻燃的高端鋰電池隔膜迫在眉睫。該實驗室孔慶山博士和張建軍工程師等利用具有自主知識產(chǎn)權的濕法抄紙和界面復合等技術，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》雜志評為2013年十大科學突破，國際權威專家認為其將促進光伏能源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性改變。為進一步提高鈣鈦礦的吸收特性，該實驗室逄淑平博士開發(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能領域如光伏大棚有著廣闊的應用前途。相關成果發(fā)表在材料領域權威雜志Chemistry of Materials（10.1021/cm404006p）上，并已申請專利保護。
硅、鍺等材料具有超過石墨負極3~10倍的理論容量，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池負極的重要選擇。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。該實驗室張傳鍵博士采用先進材料制備技術將納米尺寸的硅、鍺材料負載于彈性骨架中，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)界譽為“終極電池”，是下一代電動車電源的理想選擇。為了提高鋰空電池的循環(huán)性能，該實驗室張立學博士和董杉木博士等科研人員經(jīng)過長期攻關，通過界面復合技術減少了其與放電產(chǎn)物發(fā)生的副反應，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 就會發(fā)生緩慢分解，分解副產(chǎn)物還會引發(fā)一系列的電極反應，嚴重時甚至會導致事故。針對這一問題，該實驗室劉志宏博士開發(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）。
基于該實驗室成立以來取得的重要成果，為了更好的發(fā)揮其在儲能研究領域取得的重要作用，青島市政府決定依托該實驗室建設青島市儲能產(chǎn)業(yè)技術研究院，希望通過儲能技術研究院的建設，孵化和培育一批新材料和儲能技術高新技術企業(yè)，全面提升青島市儲能戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打造該行業(yè)人才、技術、產(chǎn)業(yè)集聚高地。
（青島市太陽能儲能重點實驗室供稿）
