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清华大学在锂离子电池领域取得重大进展,拥有巨大应用前景

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  清华新闻网4月9日电 4月8日,清华大学化工系骞伟中教授团队开发的“基于泡沫铝厚极片的高功率锂离子电池技术”,在中国电工技术学会主持下,在江苏省南通市召开了技术成果鉴定会。由杨裕生院士担任主任委员的9位专家组成的鉴定委员会鉴定该技术成果为“国际领先水平”。

  

  成果鉴定会合影

  骞伟中团队针对纯电动车续航与快速充电双重需求,混合动力车启停功能,光伏与风能等新能源电力的调频与调峰需求,总结出不同行业中锂离子电池需兼顾能量与功率的技术共性,选择了以最超越行业想象的“厚极片要具有高功率”为技术发力点。在合作企业的支持下,经过五年技术攻关,建立了物理沉积铝-氧化去除模板-梯度退火的泡沫铝全新制备技术路线。创建了国际首套连续沉积、一体化制备装备与生产线,实现了宽幅达500mm、厚度1-2mm泡沫铝的产线制备,获得了高纯度、高化学稳定性、高强度、大孔隙率、小孔径、低密度协同的产品,采用泡沫铝基正极的高强度与高负载量,且对不同颗粒度、密度与比表面积的正极材料均具有良好适用性。研发的泡沫铝正极厚极片(170µm)的高功率软包锂离子电池(1.74Ah),实现了厚极片型电池的高体积比功率特性(10.46s瞬时放电功率密度12.33 kW/L)与高体积比能量(406Wh/L)兼容。锂离子电池问世几十年来,一直基于箔片的极片加工结构,箔片厚极片将导致严重的离子极化与电子极化问题,无法兼顾高的能量密度与高的功率密度。三维多孔泡沫铝提供了新的器件架构,利于减缓极化问题。该器件在比功率方面与国际上最优的商用高功率启停电池持续,在比能量方面提升了2-3倍,显示出巨大的应用前景。该技术的创新性受到鉴定专家的高度认可。

  清华大学化工系主任王铁峰强调了清华大学化工系与中天科技强强联合的产学研模式的重要性。该技术成果是骞伟中教授团队与中天科技集团在六年合作中,继高体积能量密度的超级电容器技术之后,又一个重大技术成果。双方强强联合,充分体现了电化学储能领域新的发展特征,不但要关注关键材料的结构与器件性能关系,各组分纯度与器件性能关系,更要关注设备加工精度与器件性能关系。在合作过程中,既体现了产学研模式的重要性,也促进了化工系相关电化学储能学科建设与学生培养。骞伟中培养的博士生到宁德时代公司、宁波中车新能源公司等国内锂电池与超级电容器的龙头企业工作,获得了高度认可。

  中国工程院院士、清华大学化工系金涌教授发言表示,行业已经制订了传统能源乘用车逐渐提高混合动力比例的路线图,清洁电力的发电侧储能需求巨大,要全力打造“零碳电力”结构。在碳达峰碳中和宏伟蓝图下,清洁光伏与风能发电,结合电化学储能,是大势所趋,要积极作为。

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