作者:廖洋 刘佳 夏雪 来源:科学网微信公众号 发布时间:2022/10/28 21:15:41
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打破国外先进技术垄断!海底一万米,供电“无压力”

 

文 | 《中国科学报》记者 廖洋 通讯员 刘佳 夏雪

中国科学院先导专项在深海探测领域再传捷报!

2022年10月25日,“探索二号”科考船搭载着“深海勇士”号载人潜水器返回三亚深海所。捷报传来:大深度原位科学实验站在海底成功布设。本次海试采用科院青岛能源所与深海所联合研制的国产技术,首次实现了兆瓦时(1000 kWh)级别的固态锂电池在深海装备上的集成, 历经1年多的陆上严苛模拟工况测试验证,各项指标达到原位实验站运行要求,成功完成千米海底布放,这主要得益于我国高可靠固态电池深海电源系统的保驾护航。深海探测与开发再次吸引到公众的眼球。

深海区域作为战略新疆域,是大国、强国利用战略资源,谋求国家战略优势的重要领域。随着我国综合国力的不断增强,科学领域不断向海进发,向深蓝探索,探索的路上充满了未知和挑战,急需多学科的共同支撑。在向马里亚纳海沟进发的过程中,中国研发的深海装备对电源系统等硬件配置提出了更高的要求。

如何避免原有的锂电池在深海压力下出现故障?如何为深海下潜任务提供更多能量?这些问题摆在了中国科学家面前,对他们而言这不仅是挑战,更是使命。

伟大的祖国召唤在外求学的莘莘学子。作为一个有爱国心的知识分子,解码深海电源成为崔光磊的梦。他从海外求学归来,毅然决然加入本还处于启航状态的科院青岛生物能源与过程研究所,组建二次电池攻关团队。伴随着青岛能源所一步步成长,团队在不断的壮大,技术的开发也不断的深入,为深海装备的成功作业提供可靠能源保障。

崔光磊指导实验

启航

踌躇满志开新篇

崔光磊出生在青岛北部的平度市,是地地道道的山东青岛人。高中毕业后,他考上了山东师范大学化学系,由此与能源化学专业结下不解之缘。工作后,他又考到科院化学所获得了有机化学博士学位,随之赴德国马普协会高分子所和固态所从事博士后研究。

2008年,青岛能源所在那时也如初生的婴儿呱呱坠地,崔光磊与首任所长王利生相遇,并第一时间被能源所发展的远大志向所感染。”你这个专业我们要扩展,国家也需要,希望你能来我们所工作”。35岁的崔光磊回到青岛,开始组建固态能源系统技术中心。这是一支固态锂电池科学问题研究和工程开发并重的高水平科研团队。

面对新一轮科技革命和产业变革的国际大环境,以及国家对高安全、高比能和长寿命锂电池在轨道交通、深海深空深地特种电源等领域能源动力的重大战略需求,从此,崔光磊带领团队成员怀揣满腔热情和众人期待,秉承“不忘初心、牢记使命”时代号召,深耕专业领域,在青岛能源所扬帆起航。

崔光磊主持全国第十一届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会开幕式

进发

突破瓶颈握核心

2016年8月,崔光磊赴北京出差,并与曾为我国“蛟龙”号立下功勋的载人潜水器专家组组长、深海所负责人相遇。对方提出:“深海着陆器需要可靠的电池供电,你能不能先做一个小系统试试?不过时间要快,我们计划10月份出海。”

回到青岛,崔光磊立即向所里汇报,组织调配团队核心力量建立对标老科学家青年技术攻关突击队,聚焦固态锂电池材料体系及工程化应用技术难题,践行老科学精神,全力攻坚克难。董杉木、张建军负责将团队实验室中的固态电池技术输入到中试平台,韩鹏献、刘海胜负责固态电池单体的制备,吴天元高工负责深海电源系统设计、制备与验证。作为海底着陆器,关键是要在抗压力和小型化上下功夫。时间紧迫,压力繁重,该突击队更是咬紧牙关,从实验室到办公室两点一线,心无旁骛地向深海进发。

研发团队创造性地提出了“刚柔并济”聚合物电解质的设计理念,构建了复合电解质材料体系,建立了一系列综合性能优异的固态聚合物电解质体系,研发出全新高能量密度的“青能-Ⅰ”型固态锂电池。它不仅具有极高的安全性能,在自我修复能力上也有着突出的表现。

虽然已经取得了阶段性胜利,但该团队并没有放下心中的大石,因为只有经受真正的深海考验,电池的优劣才能有定论,前方只能继续下潜!

崔光磊与团队核心骨干在中试现场

下潜

深海供电不息

不负众望,随着“探索一号”科考船在南海进行海试,电池进一步经受住了严格考验,顶住了水下4000米的压力,且供电正常。紧接着,这个名为“青能-Ⅰ”的固态锂电池系统,继续为深海所“万泉”号着陆器控制系统及CCD传感器提供能源。

2017年3月,“青能-Ⅰ”来到马里亚纳海沟,供能累计完成9次下潜,其中6次超过1万米,标志着我国成功突破了全海深电源技术瓶颈,打破了国外先进国家的技术垄断。也使我国从此以后将彻底告别长长的电缆,再也不用担心深海载人潜水器电源动力来源!

这次下潜,是对国外先进技术垄断发起的挑战,最终的成果也证明,中国的深海科考有着强有力的技术支撑!

科院青岛能源所开始为更多人所知,团队也逐渐与全海深高比能固态电池捆绑在了一起,形成了研究所特色标签。

“青能-Ⅰ”电池的发明标志着科院青岛能源所“陆海融合”已突破全海深电源技术瓶颈,掌握了全海深电源系统的核心技术。2018年12月,“高性能聚合物固态锂电池材料与技术”科技成果,通过了包括6名院士在内的专家委员会鉴定,一致认为达到国际领先水平。

自2015年开始至今,固态能源系统技术中心已累计为各类深海科考装备用户提供了110批次固态锂电池电源系统,均实现零故障应用,表明我国深海装备用全海深电源系统技术已趋于成熟,为我国深海事业发展提供了安全、可靠、零事故运行的特种电源保障,产生了巨大的社会效益,并多次得到中央电视台正面报道。同时相关技术还入选了2020“全球新能源汽车前沿及创新技术”和中国工程院发布的“全球工程前沿2020”。

2022年10月,“探索二号”科考船顺利返回三亚深海所,完成了大深度原位科学实验站在海底的布设实验。本次海试采用科院青岛能源所的固态电池技术,首次实现了兆瓦时(1000 kWh)级别的固态锂电池在深海装备上的集成,并在千米级深海进行试验应用,验证了能源及其管理系统的安全性和有效性,以及实施了海底深海深渊基站-原位实验室-“深海勇士”号载人潜水器的水下联合作业。

深海深渊能源基站所用高比能固态锂电池就是来自于科院青岛能源所。基站所拥有的兆瓦时电能,可以满足多个位点的作业需求;基站可以支持如海底原位实验室等平台在海底接入,并向其供电,并且各平台间信息互联,开展长期协同探测,作业模式更加灵活。

探索深海永无止境、逐梦之路永不停歇!

忆过去、展未来!针对深海装备智能化与集群化发展对先进电源系统的苛刻工况要求,固态能源系统技术中心必将不忘初心、牢记使命,众志成城,攻坚克难,继续在固态锂电池领域深耕下潜,在关乎海洋强国、国计民生中持续贡献来自能源化学的力量,向广袤的深海进发,向美好的未来进发!

大深度原位科学实验站在海底成功布设

人物简介:

崔光磊,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员、博士生导师。国家重点研发计划新能源汽车专项高比能固态锂电池技术项目首席科学家,科院深海/深渊智能技术及海底原位科学实验站副总师、能源项目负责人。承担国家重点研发计划、国家杰青、国家973计划、863计划,省部级及科院先导专项等多项科研项目。获青岛市自然科学一等奖、山东省自然科学一等奖。

 
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