鋁-石墨電池器件化關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)

所屬學(xué)院：能源與環(huán)境工程學(xué)院

合作方式：?整體轉(zhuǎn)讓 ?技術(shù)許可 ?作價(jià)入股 ?合作開發(fā) ?其它_____

成果簡(jiǎn)介：

鋁電池作為一種新型化學(xué)儲(chǔ)能電池，具有價(jià)格低廉、安全性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可使用溫度范圍廣等突出優(yōu)點(diǎn)，可以成為鉛酸電池或鋰離子電池的替代品或補(bǔ)充品。根據(jù)自身電池特性，在動(dòng)力電池、大型儲(chǔ)能裝置等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。基于低成本、寬電化學(xué)窗口、寬溫適用性電解質(zhì)體系的設(shè)計(jì)與開發(fā)，本團(tuán)隊(duì)研制了以石墨為正極、鋁為負(fù)極、AlCl3基有機(jī)鹽為電解質(zhì)的新型鋁-石墨電池，電壓為2.0 V，能量密度為50 Wh kg-1。已完成鋁-石墨電池器件化相關(guān)技術(shù)的開發(fā)工作，并實(shí)現(xiàn)了Ah級(jí)單體電芯的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性驗(yàn)證。

成熟程度及推廣應(yīng)用情況：

目前處于何種研發(fā)階段：?研發(fā)?小試?中試?小批量生產(chǎn)?產(chǎn)業(yè)化；樣機(jī)：?有?無

推廣應(yīng)用情況：相關(guān)研究成果已在企業(yè)進(jìn)行小規(guī)模推廣示范，并獲得了良好反饋結(jié)果。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

本研究團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上最早研究鋁-石墨電池相關(guān)研究的科研團(tuán)隊(duì)，申請(qǐng)了10余項(xiàng)相關(guān)專利，并積累了豐富的專業(yè)知識(shí)和研究經(jīng)驗(yàn)。該鋁-石墨電池具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）原材料廉價(jià)易得，產(chǎn)品安全可靠；（2）循環(huán)性能更好，壽命更長(zhǎng)（5000次），解決了鉛酸電池用于儲(chǔ)能電站時(shí)壽命短的問題，減少維修和維護(hù)成本，降低系統(tǒng)總體投資；（3）能量密度是鉛酸蓄電池的2倍以上，可解決鉛酸蓄電池能量密度低的問題。

性能指標(biāo)：

鋁-石墨電池電壓為2.0 V，能量密度為50 Wh kg-1；循環(huán)壽命可達(dá)10000次；具有寬溫性能，可在-30~100℃下工作。

市場(chǎng)分析：

針對(duì)太陽能、風(fēng)能等使用時(shí)間不連續(xù)、使用產(chǎn)地限制等因素造成的難以大規(guī)模普及應(yīng)用，開發(fā)和使用能夠以較高速率充放電、具有能量密度高、使用安全、綠色環(huán)保的化學(xué)能源電池，可以大幅度減少甚至消除綠色能源的損失。相對(duì)于鉛酸電池，鋁-石墨電池具有更優(yōu)的循環(huán)壽命和能量密度；相對(duì)于鋰離子電池，鋁-石墨電池內(nèi)部電極材料、電解質(zhì)材料等皆有不易燃性，有很高的安全系數(shù)，使得鋁離子電池成為鉛酸電池和鋰離子電池的最優(yōu)替代品。同時(shí)其壽命長(zhǎng)、容量大、高溫性能優(yōu)良等特點(diǎn)使其在儲(chǔ)能等領(lǐng)域擁有無限的潛力。

潛在的客戶也將來自于風(fēng)、光、電儲(chǔ)能企業(yè)等領(lǐng)域，主要分布于我國(guó)西北和東部地區(qū)。

經(jīng)濟(jì)效益分析：

目前潛在的進(jìn)入市場(chǎng)的產(chǎn)品為鋁-碳電池，最終主要應(yīng)用于風(fēng)、光、電儲(chǔ)能及電動(dòng)工具上。全球市場(chǎng)規(guī)模在1000~1500億元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)約300~500億元。若能建成100 MAh的鋁-石墨電池項(xiàng)目，年利稅可達(dá)1億元；并直接帶動(dòng)1000人以上的就業(yè)，間接帶動(dòng)數(shù)十萬人的就業(yè)。

成果亮點(diǎn)：

1.具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，研究成果已申請(qǐng)發(fā)明專利17項(xiàng)，授權(quán)8項(xiàng)。

2.成果來源：國(guó)家自然基金杰出青年基金項(xiàng)目、國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目、國(guó)家自然基金青年基金項(xiàng)目等。

3.技術(shù)先進(jìn)性：國(guó)際先進(jìn),開發(fā)了系列低成本、寬電化學(xué)窗口、寬溫適用性的電解質(zhì)體系，極大拓展了電池的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，開發(fā)的新型輕質(zhì)、耐腐蝕集流體極大提升了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度。

團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：

焦樹強(qiáng)，教授，長(zhǎng)期從事電化學(xué)冶金方向的研究，在金屬鈦清潔提取提純新工藝、鋁離子二次電池、CO2減排及利用、熔鹽電解體系惰性陽極、太空冶金與制氧技術(shù)等領(lǐng)域取得了豐富的研究成果。國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國(guó)家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者，科技部中青年創(chuàng)新領(lǐng)軍人才計(jì)劃，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃。兼任中國(guó)稀土學(xué)會(huì)火法冶金專業(yè)分會(huì)副主任，中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)冶金物理化學(xué)分會(huì)副主任委員，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)熔鹽化學(xué)與技術(shù)分會(huì)秘書長(zhǎng)，中國(guó)輕量化材料成形工藝與裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟理事等職務(wù)。獲第十五屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)“冶金先進(jìn)青年科技工作者”，高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，省部級(jí)鑒定成果3項(xiàng)。發(fā)表SCI檢索論文300余篇，授權(quán)專利美國(guó)專利2件、英國(guó)專利1件、中國(guó)發(fā)明專利30余件，出版學(xué)術(shù)專著2部。

涂繼國(guó)，助理研究員，碩士生導(dǎo)師。多年來一直從事新能源電池材料、電化學(xué)等領(lǐng)域的研究，在炭質(zhì)材料電化學(xué)轉(zhuǎn)換、鋁離子電池和稀散金屬提取等基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)方面積累了較為豐富的知識(shí)和研究經(jīng)驗(yàn)。特別是在鋁-石墨電池方面，主要負(fù)責(zé)鋁-石墨電池關(guān)鍵技術(shù)、工藝、材料的研發(fā)和產(chǎn)品定型。以第一/通訊作者身份在Chem. Rev., J. Mater. Chem. A, Nanoscale, J. Power Sources等國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表SCI論文30余篇。

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