萬(wàn)米深海下壓力巨大，一根鋼管都會(huì)被壓扁壓爆。而讓處于深海的電池正常輸出能量，持續(xù)為海下工作提供能源則是一件難題。上周公布的2017年度青島市科技獎(jiǎng)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)獲得項(xiàng)目——“新能源電池關(guān)鍵材料體系的應(yīng)用基礎(chǔ)研究”很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

該項(xiàng)目由中科院青島生物能源與過(guò)程研究所完成，項(xiàng)目第一完成人崔光磊是中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程所研究員、青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院執(zhí)行院長(zhǎng)。一手握科研成果、一手有著優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)資源的他認(rèn)為，好的研究成果要為市場(chǎng)做貢獻(xiàn)。

千萬(wàn)經(jīng)費(fèi)投入新能源

國(guó)內(nèi)從事鋰電池等相關(guān)研究的單位很多，甚至“只要有高校的地方，基本上就有研究電池的課題組在”，競(jìng)爭(zhēng)激烈，但能做出成就的則少之又少。

崔光磊曾在德國(guó)能源領(lǐng)域從事研究多年，2009年回國(guó)，以中科院“百人計(jì)劃”專(zhuān)家的身份，幾乎“傾家蕩產(chǎn)”把所有橫向剩余經(jīng)費(fèi)大約1000多萬(wàn)元都投入到新能源研究的平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)方面。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)組建了仿生與固態(tài)能源系統(tǒng)研究組，在高比能固態(tài)鋰電池、鋰離子電容器、下一代低成本儲(chǔ)能器件（鋅離子電池、鎂離子電池等）以及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池核心器件和關(guān)鍵材料等方面取得多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果和進(jìn)展。

在最初做能源研究時(shí)，團(tuán)隊(duì)就清晰地分析出目前鋰電池所存在的問(wèn)題。“首先是容量問(wèn)題，如何提高電池容量密度；其次是安全問(wèn)題，如何在最?lèi)毫迎h(huán)境下都能正常使用。”在崔光磊團(tuán)隊(duì)看來(lái)，電池只有具有高能量密度，才能保持長(zhǎng)久的續(xù)航能力，但商品動(dòng)力電池存在很大的安全隱患。崔光磊說(shuō)，而他們研究的方向則將兩者合二為一，就是“在解決提高能量密度的同時(shí)提高它的安全性能”。

“剛?cè)岵?jì)”化矛盾

如果提高電池的高容量和高功率，極易導(dǎo)致內(nèi)部熱量增大和溫度升高，安全性會(huì)大打折扣；同樣，提高安全性則意味著會(huì)在能量密度上做出犧牲。因此，提高電池的尺寸熱穩(wěn)定性和耐高溫性能變得尤其重要。團(tuán)隊(duì)攻關(guān)近十年，就是要解決技術(shù)方面的“矛盾”。

研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)新的方案，名為“剛?cè)岵?jì)”理念。所謂“剛?cè)岵?jì)”，就是電池剛性材料跟柔性材料之間尋找出一個(gè)平衡點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了很多剛性骨架，提供高力學(xué)性能和尺寸熱穩(wěn)定性能。如此一來(lái)，既能照顧能量的提升，又能增強(qiáng)安全性。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)日日夜夜的艱苦攻關(guān)，崔光磊帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員在國(guó)內(nèi)首先開(kāi)發(fā)了纖維素電池復(fù)合隔膜動(dòng)力電池中試技術(shù)，受到科技部和電池行業(yè)協(xié)會(huì)的高度評(píng)價(jià)，該項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)可以打破國(guó)外高端隔膜的技術(shù)壟斷。

下深海實(shí)驗(yàn)終成功

為了驗(yàn)證技術(shù)先進(jìn)性，他們首先選擇在條件最為苛刻的深海進(jìn)行試驗(yàn)，“萬(wàn)米深海之下，壓力高達(dá)100兆帕，電池不僅要能正常能量輸出，還得抗壓、抗腐蝕，保證安全運(yùn)行，這是對(duì)我們技術(shù)的挑戰(zhàn)。”崔光磊說(shuō)。

2016年6月，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始做相關(guān)的深海測(cè)試，首先模擬深海環(huán)境中壓力倉(cāng)的測(cè)試，從7000米深度開(kāi)始，再到10000米，當(dāng)月實(shí)驗(yàn)成功通過(guò)；接下來(lái)的5個(gè)月，團(tuán)隊(duì)通過(guò)在模擬深海壓力的環(huán)境中進(jìn)行充放電的實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)雖經(jīng)歷無(wú)數(shù)次，結(jié)果卻是喜人的，下10000米深海輸電還是非常穩(wěn)定的。

此外，團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)集成方面做了大量嘗試，他們基于CAN通訊及三模式控制方式來(lái)探索，希望能夠達(dá)到功能兼?zhèn)涑L(zhǎng)壽命。團(tuán)隊(duì)還做一些儲(chǔ)能的工作，利用固態(tài)電池做一個(gè)儲(chǔ)能的系統(tǒng)，為終端的能源用戶提供個(gè)性化、智能化的需求。

更多是一份沉甸甸的責(zé)任

2017年初，崔光磊團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的固態(tài)鋰電池隨中科院深海所深淵科考隊(duì)赴馬里亞納海溝，為“萬(wàn)泉”號(hào)著陸器控制系統(tǒng)及傳感器提供電能，累計(jì)完成9次下潛，其中6次超過(guò)10000米，最大工作水深10901米，累計(jì)水下工作134小時(shí)，順利完成全深海示范應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)首次突破全海深電源的技術(shù)瓶頸。

據(jù)了解，應(yīng)用于深海的固態(tài)鋰電池同樣也可以應(yīng)用于太空、電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域。崔光磊介紹，他們目前已承接訂單，為深海著陸器、水下機(jī)器人等設(shè)備提供配套的電源體系，下一步將成立產(chǎn)業(yè)化公司，為新能源汽車(chē)、電動(dòng)車(chē)提供特種電源。

經(jīng)過(guò)七年的努力，崔光磊團(tuán)隊(duì)取得了顯著研究成果。而這些成果的背后，是數(shù)年無(wú)休的努力。“連他的孩子都已經(jīng)習(xí)慣于他的加班加點(diǎn)，正常下班回家反倒成了給孩子們的一種驚喜。”團(tuán)隊(duì)中的同事這樣評(píng)價(jià)他，認(rèn)為他是典型的工作狂。

而崔光磊談起獲獎(jiǎng)感受時(shí)則說(shuō)：“除了喜悅，更多的是一份沉甸甸的責(zé)任。”