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名稱： 綠色、安全、高性能水系二次電池的開發

領域：

成果形式：

投資額： 萬

案例數： 0家

技術階段： 研發階段

合作方式： 技術轉讓,技術入股

水系鋅離子電池因具有構造簡單、安全性好，使用的材料具有來源廣、成本低、環境友好等特點，引起學界和產業界的高度關注。但其發展也面臨著電解質電壓窗口窄、低溫性能差、能量密度低、以及鋅負極的枝晶和腐蝕等瓶頸問題。因此，設計開發具有高能量密度、長循環壽命、寬電壓窗口、可低溫度工作的鋅基水系二次電池，對于其規模應用非常關鍵。我們團隊自2008年開始重點開展了綠色安全高性能水系二次電池的研究開發，并取得系列有顯著創新性和應用價值的成果。本項目研究團隊自2008年開始，就開展了綠色安全高性能水系二次電池的研究，經過十幾年來的不斷探索，已在Zn-I₂、Zn-BQ、Fe-I₂等系列水系二次電池研發方面取得系列有顯著創新性和較高應用價值的成果，主要體現在以下幾個方面：

（1）學術研究成果：我們在國際上最早報道Zn-BQ水系電池研究成果，且也是國際上最早發表可充電Zn-I₂水系二次電池研究論文的兩個單位之一。近年來，相關研究成果已在包括 Angew. Chem. Int. Ed.、Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials、J. Mater. Chem. A、Nano Research等高水平期刊上發表論文30篇，其中期刊封面論文2篇、ESI高被引和熱點論文5篇，引起了國內外同行的關注。

（2）專利技術成果：我們有關綠色安全高性能水系二次電池研究成果已申請發明專利3項，擁有相對完備的自主知識產權。其中：高性能Zn-I₂水系電池構筑技術獲國內此類電池第一個發明專利（授權號：ZL201710783983.4）；組裝的軟包電池全電池能量密度超過90Whkg^-1，突破了水系電池取代鉛酸電池作為動力電池推廣應用的能量密度瓶頸，處于水系電池國際先進水平。

（3）替代應用研究進展：我們也嘗試將這種綠色環保、安全的水系Zn-I₂電池用于替代鉛酸電池的應用研究。已開發出規格為12Vx12A電池包20余套，可用于共享單車動力電池。該動力電池包能量密度大于80Whkg^-1，超過工信部2021年GB/T31484新版國標規定的“低速純電動乘用車的電池能量密度不應低于70wh/kg”要求。該動力電池綠色環保安全，在能量密度、功率密度、使用壽命和倍率性能等方面均大大優于商業化鉛酸電池，且成本與鉛酸電池相當，在低速電動車（如電動自行車、農用電動兩和三輪車等、汽車起動電池）的動力電池方面有望全面替代目前廣泛應用的鉛酸電池，研發成果獲全國首屆博士后創新創業大賽金獎。

該電池具有以下優勢：

(1) 能量密度高 全電池的能量密度高達80-120 Wh kg^-1 ，顯著高于傳統的鉛酸電池、Ni-Cd、Ni-MH電池，接近商品化磷酸鐵鋰電池；

(2) 電池壽命長 在5 C倍率下，電池可穩定循環10000次以上，顯著優于商品化的鉛酸電池（~500次）；

(3）倍率性能好 在0.5～5 C倍率范圍內性能優秀，不同倍率下電池比容量高，庫侖效率仍保持在100%；

(4）低溫性能優越：該電池在-40℃可5C充放電，充放電容量能保持額定容量的 68.7%，可穩定循環次數3000次以上；

(4) 自放電率低 將電池以充滿電的狀態開路條件下放置30天，電池容量仍保持約95%以上，優于傳統鉛酸電池20~30%/月和金屬氫化物/鎳電池10% /天；

(5) 大電流密度放電 在2000mAg-1大電流充放電情況下，電池可穩定循環550次以上，庫侖效率仍保持在100%

(6) 可太陽能電池直接充電 可以在自然太陽光下10分鐘直接充電可以充滿，且放電性能和循環穩定性優越。

(7) 價格低廉 電池的成本低于500-800元/kWh，與鉛酸電池相當，顯著低于磷酸鐵鋰電池；

(8) 環境友好 使用中性的水系電解質，綠色環保，安全可靠，在取代傳統的鉛酸電池、鎘/鎳電池方面具有較大的優勢。

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