隨著深海探測(cè)能力的不斷提升，對(duì)新一代深海電池的要求也愈加嚴(yán)苛：需要在極端高壓、有限載重的條件下攜帶更大電量。

近日，中國科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，聯(lián)合中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所，研制出可承受全海深壓力的高比能可充電鋰電池組，并完成了海試驗(yàn)證。

01 每平方厘米承受一噸以上壓力

海水中的鹽分和其他化學(xué)物質(zhì)會(huì)腐蝕電池極耳，導(dǎo)致電芯失效甚至爆炸。因此，深海電源中的鋰電池需要放置在玻璃球或者金屬箱體等密閉容器內(nèi)，以隔絕海水。

在陽光無法觸及的一萬米深海，每平方厘米大概會(huì)產(chǎn)生一噸的壓力，這對(duì)電源的容器外殼和密封結(jié)構(gòu)提出了極高的要求。

深海電池系統(tǒng)一般采用充油式方案，以兼顧外殼重量和保持箱體內(nèi)外壓力的平衡。

隨著深海探測(cè)裝置的下潛和上浮，動(dòng)態(tài)變化的壓力也給電芯本體、電子元器件、電池管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)帶來了較大的挑戰(zhàn)。

▲自承壓充油式深海電源系統(tǒng)

深海電池的能量密度，對(duì)深海探測(cè)裝置的作業(yè)能力起到?jīng)Q定性作用。能量密度的提升，能大幅延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間、擴(kuò)大作業(yè)半徑。

隨著電池行業(yè)的發(fā)展，深海電池的能量密度也在不斷提升：從25Wh/kg鉛酸電池、55Wh/kg銀鋅電池，到120Wh/kg磷酸鐵鋰電池，以及近幾年的280Wh/kg硅碳電池。

然而，鋰電池能量密度的提升并非一蹴而就，需要在材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝等多方面進(jìn)行綜合優(yōu)化，同時(shí)兼顧成本和安全性。

02 能量密度突破400Wh/kg

科研團(tuán)隊(duì)攻克了高比能鋰離子電芯本體技術(shù)，通過對(duì)關(guān)鍵電極材料進(jìn)行改性、優(yōu)化電解液調(diào)配、改進(jìn)制造工藝等，實(shí)現(xiàn)了電芯能量密度達(dá)400Wh/kg以上的技術(shù)跨越，大幅提升了電池的能量存儲(chǔ)能力。

通過篩選高耐壓電子元器件并改進(jìn)集成工藝、優(yōu)化電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了滿足深海復(fù)雜工況使用的智能能量管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)110V深海電源系統(tǒng)中電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能調(diào)節(jié)，可依據(jù)電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)作出精確響應(yīng)，確保電池在深海復(fù)雜多變的工況下穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行。

科研團(tuán)隊(duì)解決了充油壓力補(bǔ)償式電池系統(tǒng)在121MPa深海極端壓力環(huán)境下的技術(shù)挑戰(zhàn)，成功實(shí)現(xiàn)了高比能鋰電池在深海環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行。

該高比能深海充油自承壓式鋰離子電池組，在南海海域成功完成多次深海試驗(yàn)驗(yàn)證，水下累計(jì)工作時(shí)間超過100小時(shí)。

▲深海電源系統(tǒng)海試。圖片來源：中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所

該技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)了深海裝備能源系統(tǒng)在輕量化（較相同規(guī)格下的傳統(tǒng)電源方案減重約40%）、高可靠性、長(zhǎng)續(xù)航能力（單次下潛作業(yè)周期延長(zhǎng)50%）等核心指標(biāo)上的突破。

這標(biāo)志著我國成為全球首個(gè)將400Wh/kg級(jí)高比能可充電鋰電池應(yīng)用于深海裝備的國家，為深海探測(cè)裝備提供了變革性的輕量化能源解決方案，有效解決了深海高壓環(huán)境下的能源供給難題，為我國深海資源開發(fā)、海洋科學(xué)研究及國防安全等戰(zhàn)略領(lǐng)域提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。