青島能源所在低速電動車無鉛化研究中取得系列進展

　　近年來，價格低廉且使用費用極低的低速電動車（≤ 70 km/h）極大便利了百姓的出行，豐富和滿足了廣大群眾的物質生活。其價格親民，使用方便，備受三線和四線城鎮居民歡迎，2015年銷量破七十萬，2016年高速增長，銷量突破100萬。然而，大多數低速電動車使用的是鉛酸蓄電池作為動力，鉛酸蓄電池具有顯著的成本優勢，但是環境污染嚴重，已經不符合國家提出的“生態文明”社會建設的要求。據不完全統計，目前鉛回收率不到30%，每年產生的廢鉛超過260萬噸，嚴重污染水源和土壤，引起人體血鉛超標。因此，低速電動車的無鉛化綠色發展已迫在眉睫。依托中國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能技術研究院在2012年建院之初，根據產業的迫切需求，把低速電動車的無鉛化作為主要工作目標，創新性地提出了低成本鋰離子電池技術、低成本水系鋅電池技術和新型鎂電池技術的三種解決方案，部署了五十多人的技術團隊進行技術攻關，取得階段性進展。

　　為貫徹落實《中國制造2025》和《工業綠色發展規劃（2016-2020）》，引導企業持續開發、使用綠色環保原材料，減少和降低有害物質的應用，工信部編制并發布了《國家鼓勵的有毒有害原料（產品）替代品目錄》，明確提出了以鋰電池替代鉛酸蓄電池的要求，低成本綠色環保型鋰電池將迎來更為廣闊的市場空間。以市場需求為研究焦點，堅持研究成果可產業化落地的研發原則，青島儲能院致力于低成本鋰電材料體系開發研究，在國內首先提出并發展低成本的阻燃纖維素隔膜（ACS Appl. Mater. Interface, 2013, 5, 128-134；Prog. Polym. Sci., 2014, 43,136-164.；Electrochim. Acta, 2016, 188, 23-30；專利號ZL201110434221.6）、利用廢舊碳電極和高品質煤礦石發展低成本碳負極（Electrochim. Acta, 2016, 196, 603-610，專利號CN201610072072.6）、無氟環保硼酸鋰鹽（Coordin. Chem. Rev., 2015, 292, 56-73；J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 7773-7779；專利號 ZL201210425872.3，ZL201210425838.6）等低成本鋰電池材料，在低成本鋰離子電池材料領域申請專利16項，發表SCI論文10余篇。目前實現了低成本鋰離子電池的中試，每瓦時成本控制到0.5元/Wh，成本接近鉛酸電池，而性能大幅提升，當前正在跟相關企業進行產業化推廣。

　　鋅電池體系以低成本及高容量的優勢在人類儲能器件中占有一席之地，其使用材料和制備工藝無毒和無污染的特點更適合于低速電動車的綠色健康發展。鋅電池利用水系電解液，成本上擁有更大競爭力。然而，大多數鋅電極材料在水系電解液中不穩定，副反應多，電池循環壽命差。針對上述瓶頸，青島儲能院通過高濃金屬有機鹽基電解液改善鋅電極電化學行為，成功解決了鋅電池充電效率低和循環壽命差的弊端。同時，該電解液體系顯著提高了水系電解液的電位窗口，實現了鋅電極與高電壓正極材料的匹配，基于此電解液構筑的鋅-磷酸鐵錳鋰電池能量密度達183 Wh/kg（基于活性物質），預計器件的能量密度略高于鉛酸電池（Electrochem. Commun., 2016, 69, 6-10；ACS Appl. Mater. Interface, 2015, 7, 26396-26399）。

　　相比于鋰離子電池，可再充鎂電池是一種高安全和低成本的二次電化學儲能器件，是低速電動車無鉛化的重要解決方案。青島擁有豐富的鎂資源優勢，具有發展鎂電池儲能電源得天獨厚的優勢。青島儲能院創造性地提出了基于大半徑、非親核、氟化硼烷陰離子的鎂鹽設計思路，成功探索出同時滿足易制備、鎂負極兼容、高電導率、非親核、不腐蝕集流體及寬電位窗口等六大性能要求的電解液體系（Adv. Energy Mater., DOI: 10.1002/aenm.201602055）；青島儲能院還發展了高電導、耐腐蝕新型的裂解石墨膜集流體材料體系（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 2277-2285）。在此技術上，基于該電解液開發的新型低成本鎂-硫電池能量密度達900Wh/kg（基于活性物質計算），器件的能量密度預計在300Wh/kg以上。該新型電池設計理念為未來低成本鎂電池的發展提供了方向和思路。低成本鋰電池技術的發展及新型鎂、鋅電池的前瞻性研究勢必加速推動低速電動車環保綠色無鉛化的進程，引導低速電動車能源轉型升級，為山東乃至我國工業綠色發展做出巨大的技術貢獻。