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編號：

名稱： 綠色、安全、高性能水系二次電池的開發(fā)

領(lǐng)域：

成果形式：

投資額： 萬

案例數(shù)： 0家

技術(shù)階段： 研發(fā)階段

合作方式： 技術(shù)轉(zhuǎn)讓,技術(shù)入股

水系鋅離子電池因具有構(gòu)造簡單、安全性好，使用的材料具有來源廣、成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，引起學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。但其發(fā)展也面臨著電解質(zhì)電壓窗口窄、低溫性能差、能量密度低、以及鋅負(fù)極的枝晶和腐蝕等瓶頸問題。因此，設(shè)計開發(fā)具有高能量密度、長循環(huán)壽命、寬電壓窗口、可低溫度工作的鋅基水系二次電池，對于其規(guī)模應(yīng)用非常關(guān)鍵。我們團(tuán)隊自2008年開始重點(diǎn)開展了綠色安全高性能水系二次電池的研究開發(fā)，并取得系列有顯著創(chuàng)新性和應(yīng)用價值的成果。本項目研究團(tuán)隊自2008年開始，就開展了綠色安全高性能水系二次電池的研究，經(jīng)過十幾年來的不斷探索，已在Zn-I₂、Zn-BQ、Fe-I₂等系列水系二次電池研發(fā)方面取得系列有顯著創(chuàng)新性和較高應(yīng)用價值的成果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）學(xué)術(shù)研究成果：我們在國際上最早報道Zn-BQ水系電池研究成果，且也是國際上最早發(fā)表可充電Zn-I₂水系二次電池研究論文的兩個單位之一。近年來，相關(guān)研究成果已在包括 Angew. Chem. Int. Ed.、Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials、J. Mater. Chem. A、Nano Research等高水平期刊上發(fā)表論文30篇，其中期刊封面論文2篇、ESI高被引和熱點(diǎn)論文5篇，引起了國內(nèi)外同行的關(guān)注。

（2）專利技術(shù)成果：我們有關(guān)綠色安全高性能水系二次電池研究成果已申請發(fā)明專利3項，擁有相對完備的自主知識產(chǎn)權(quán)。其中：高性能Zn-I₂水系電池構(gòu)筑技術(shù)獲國內(nèi)此類電池第一個發(fā)明專利（授權(quán)號：ZL201710783983.4）；組裝的軟包電池全電池能量密度超過90Whkg^-1，突破了水系電池取代鉛酸電池作為動力電池推廣應(yīng)用的能量密度瓶頸，處于水系電池國際先進(jìn)水平。

（3）替代應(yīng)用研究進(jìn)展：我們也嘗試將這種綠色環(huán)保、安全的水系Zn-I₂電池用于替代鉛酸電池的應(yīng)用研究。已開發(fā)出規(guī)格為12Vx12A電池包20余套，可用于共享單車動力電池。該動力電池包能量密度大于80Whkg^-1，超過工信部2021年GB/T31484新版國標(biāo)規(guī)定的“低速純電動乘用車的電池能量密度不應(yīng)低于70wh/kg”要求。該動力電池綠色環(huán)保安全，在能量密度、功率密度、使用壽命和倍率性能等方面均大大優(yōu)于商業(yè)化鉛酸電池，且成本與鉛酸電池相當(dāng)，在低速電動車（如電動自行車、農(nóng)用電動兩和三輪車等、汽車起動電池）的動力電池方面有望全面替代目前廣泛應(yīng)用的鉛酸電池，研發(fā)成果獲全國首屆博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎。

該電池具有以下優(yōu)勢：

(1) 能量密度高 全電池的能量密度高達(dá)80-120 Wh kg^-1 ，顯著高于傳統(tǒng)的鉛酸電池、Ni-Cd、Ni-MH電池，接近商品化磷酸鐵鋰電池；

(2) 電池壽命長 在5 C倍率下，電池可穩(wěn)定循環(huán)10000次以上，顯著優(yōu)于商品化的鉛酸電池（~500次）；

(3）倍率性能好 在0.5～5 C倍率范圍內(nèi)性能優(yōu)秀，不同倍率下電池比容量高，庫侖效率仍保持在100%；

(4）低溫性能優(yōu)越：該電池在-40℃可5C充放電，充放電容量能保持額定容量的 68.7%，可穩(wěn)定循環(huán)次數(shù)3000次以上；

(4) 自放電率低 將電池以充滿電的狀態(tài)開路條件下放置30天，電池容量仍保持約95%以上，優(yōu)于傳統(tǒng)鉛酸電池20~30%/月和金屬氫化物/鎳電池10% /天；

(5) 大電流密度放電 在2000mAg-1大電流充放電情況下，電池可穩(wěn)定循環(huán)550次以上，庫侖效率仍保持在100%

(6) 可太陽能電池直接充電 可以在自然太陽光下10分鐘直接充電可以充滿，且放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)越。

(7) 價格低廉 電池的成本低于500-800元/kWh，與鉛酸電池相當(dāng)，顯著低于磷酸鐵鋰電池；

(8) 環(huán)境友好 使用中性的水系電解質(zhì)，綠色環(huán)保，安全可靠，在取代傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎘/鎳電池方面具有較大的優(yōu)勢。

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