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【國有科技成果掛牌】中國科學院寧波材料技術與工程研究所

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中國科學院寧波材料技術與工程研究所

全所員工902人,院士1名,杰青2人,中組部“千人計劃”25人,優青5人,浙江省“千人計劃”42名,中科院“百人計劃”33名,科技部中青年創新領軍人才2人,青年拔尖人才3人。目前,整個園區建筑面積約14.4萬平方米;擁有價值4億多元設備齊全、相互配套的研發平臺,擁有國家發改委國家工程實驗室、省部共建重點實驗室和中科院重點實驗室等各類平臺和實驗室14個。

至2015年12月底,共承擔了各類科研項目1967項,其中牽頭和參與973、863、支撐計劃多項,獲得競爭性科研經費19.43億元。累計發表論文2373篇(其中1615篇為SCI論文);專利申請1910件,其中發明專利1711件,國際專利申請累計82件;參與國家標準立項5項,制定行業、協會標準6項。目前,已與600多家企業建立了卓有成效的合作,實現了碳纖維、大豆膠、石墨烯等20多項重大科技成果的產業化。


一、鎂空氣電池產業化項目

項目簡介

鎂空氣電池以空氣中的氧氣為正極活性物質,以金屬鎂為負極活性物質,以NaCl水溶液為電解液。氧氣通過陰極側的氣體擴散層到達催化層發生電化學反應生成OH-,OH-通過電解液遷移至陽極與Mg反應生成Mg(OH)2,,并放出電能。鎂空氣電池的原材料豐富、生產成本低、安全無污染,是一種清潔、高效的綠色能源,被廣泛應用于野外供電電源、移動電源、備用電源和應急電源等。在鎂空氣電池中,陰極的性能直接決定了電池的輸出功率,加之其結構與制備工藝相對復雜。因此,陰極的結構和制備工藝為鎂空氣電池的核心技術。

本項目開發了一種結構簡易、制備工藝簡單、性能優良的鎂空氣電池陰極。采用該陰極制備的鎂空氣電池的功率密度可達80mW/cm2。在此基礎上,本項目又開發出80W鎂空氣電池樣機,該樣機由5個單體電池串聯組成,以AZ31鎂合金為陽極,以10%的NaCI溶液為電解液。樣機的外觀尺寸為200 X 150 X 150 mm3,重量為2.7 kg,能量密度可達430 Wh/kg。目前,鎂空氣電池的制備工藝已經成熟,且具有核心知識產權,通過相應的合作可進入產品放大生產階段。

技術優勢

本項目產品與傳統的鉛酸電池、Cd-Ni電池與鋰離子電池等相比,具有如下獨特的優勢:

1、比能量高。本項目所開發的鎂空氣電池的能量密度可達400Wh/kg,為鋰離子電池的2倍,鉛酸電池的10倍。

2、無毒、無污染。本項目所開發的鎂空氣電池的陽極主要成分為Mg與AI,電解液為NaCI水溶液,陰極主要由錳氧化物與碳材料組成,生成的產物為Mg(OH)2。因此,反應物與產物均無毒、無污染,不會對人體和環境造成傷害和污染。

3、質量輕、攜帶方便。本項目所開發的鎂空氣電池的陽極為鎂合金,陰極為錳氧化物和碳材料,電解液中的水可就地取材。因此電池的質量較輕,便于攜帶,非常適合應用為便攜式電源和野外作業電源。

4、資源廣泛、成本低廉。本項目所開發的鎂空氣電池的陽極采用鎂合金,陰極為錳氧化物和碳材料。鎂空氣電池的主要組成材料的資源豐富、成本較低、適合大規模生產。

5、壽命長。本項目所開發的鎂空氣電池在運行過程中的衰減較小。當長期放置時,可將電解液與電池分離,使電池干式存放,不會產生自放電現象。

6、可再回收利用。本項目所開發的鎂空氣電池的反應產物為氫氧化鎂,只需經過簡單的沉淀過濾即可實現回收,回收后的氫氧化鎂經過焙燒還原可重新制成金屬鎂。

應用市場

1、便攜式電源??晌凸β手繃鞲涸刂苯庸┑?,也可為手機、數碼相機、筆記本、pad等充電。

2、備用電源??勺魑彝?、醫院、學校、軍隊、通訊基站的備用電源。備用時,可在干態長時間儲存,使用時,添加一定濃度的鹽水即可使用。

3、應急電源。作為易發生自然災害(如洪水、地震、泥石流等)地區的應急電源,使用時不需要外界電源接入,只需添加一定濃度的鹽水即可滿足基本供電需求。

合作方式

技術轉讓、專利許可與合作開發等。

知識產權

1、專利號:CN201520148253.3 一種金屬空氣電池陰極結構

2、專利號:CN201510125674.9 一種多孔氣體擴散層及其制備方法

3、專利號:CN201520194315.4 金屬空氣電池組

4、專利號:CN201510152783.X 金屬空氣電池測試裝置及測試方法




二、鋰離子電池高容量石墨烯-硅碳復合負極材料產業化項目

項目簡介

近年來,鋰離子電池因為擁有諸多的優點而被廣泛地關注,它的應用領域也在不斷地擴大,從手機、數碼相機、筆記本電腦到現在的電動汽車以及軍用產品。目前,商用的鋰離子電池負極材料主要是石墨化的碳材料,它的理論容量只有372 mAh/g,但是隨著社會的不斷發展,各領域對鋰離子電池容量以及充放電速率的要求在不斷提高,因為它直接影響電子產品的小型化和一些大型儀器備用電源的高倍率充放電性能以及續航能力等問題,所以高性能鋰離子電池的發展對于便攜式電子設備、電動汽車和其它一些存儲設備極為重要,因此開發一款新型負極材料來提高鋰離子電池的性能是亞待解決的首要問題。

硅基負極材料越來越被人們重視,也是未來能夠替代石墨負極的高容量的復合負極材料最佳產品。石墨烯不僅能夠滿足對電極材料的導電率高且不與電解質發生分界或電化學反應的要求,而且提供了盡可能大的比表面積、成型性好、易于修飾和復合等諸多方面的優勢。本項目以高比能量的硅(~100nm)為活性物主體,采用體積效應小、循環性能好、導電性能好的石墨烯材料為載體,制備新型硅碳嵌入型高容量硅/石墨烯復合材料。與傳統的簡單的碳包覆、復雜的混合工藝相比,該新型的混合造粒工藝采用一次成型干燥工藝,步驟簡單,生產效率大大提高,生產成本大大下降。此外還可以根據產品需要,以任意比與石墨混合制備所需的鋰離子電池。

技術優勢

1、以高比能量的硅(~100nm)為活性物主體,采用體積效應小、循環性能好、導電性能好的石墨烯材料為載體,制備新型硅碳嵌入型高容量硅/石墨烯復合材料;

2、納米化的Si顆粒減緩了硅/石墨烯復合材料的膨脹作用;

3、納米Si顆粒表面一層氧化物可以有效的提高硅/石墨烯復合負極材料的循環性能;

4、石墨烯包覆納米Si顆粒,石墨烯具有較好的柔韌性和導電性,可以有效地克服由于體積效應引起的電極片破裂現象,從而達到改善其電化學性能的目的;

5、球形結構中含有納米多孔結構有效的減小納米Si顆粒在嵌脫鋰時的粉化現象,從而大大提高了硅/石墨烯復合負極材料的首次可逆容量。

知識產權

1、專利號:CN201110132767.6 一種硅碳鋰離子電池負極材料的制備方法

2、專利號:CN201310272311.9 鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池

3、專利號:CN201310272353.2 鋰離子電池負極材料及其制備方法

4、專利號:CN201310272360.2 一種鋰離子電池負極材料、及其制備方法及鋰離子電池

應用市場

手機、數碼相機、筆記本電腦到現在的電動汽車以及軍用產品。特別是針對體積小日益增長移動電子電器所需求的鋰離子電池,為高能量密度的移動設備和電動汽車用動力鋰電池提供了一款優異的負極材料。

合作方式

合作開發、技術轉讓、專利(實施)許可


三、高安全性鈉氯化鎳(ZEBRA)電池產業化項目

項目簡介

鈉氯化鎳電池是一種零排放的(ZeroEmission Research Batteries Activities, ZEBRA)綠色長壽命二次電池,其以β-AI203為電解質,NaCI和Ni為正極,充電時NaCI分解,形成的Na離子經電解質傳導,在負極生成金屬Na。ZEBRA電池主要應用于通訊基站、移動設備的備用電源,大型靜態儲能電站。

ZEBRA電池特點:原材料來源廣,成本低,安全性高。電池組可承受海水浸泡、子彈沖擊、高空墜地、燃燒以及耐寒耐熱等極端條件;電池循環性好,成熟產品可循環3000次,壽命15年,整體電源能量密度可達100 Wh/kg。

技術優勢

項目采取平板型ZEBRA電池的技術路線,與已產業化的管式ZEBRA電池技術相比,電解質厚度由1.5mm降低至0.5mm,通過解決平板型電池密封與電極低溫活性兩大技術難題,電池的工作溫度由300℃降低至200℃。研制出的低溫平板型ZEBRA電池,相對于管式電池成本與電池壽命優勢明顯。使用陶瓷基電解質(鈉離子導體)的ZEBRA電池,較鋰電池具有原料來源廣,成本低,安全性高等優勢。

應用市場

電信基站等小型靜態設備的kW級后備電源;電網、風電/太陽能電場MW級靜態儲能電站;汽車、輪船等交通工具的移動動力電源。

知識產權

1、專利號: CN201510078221.5 一種板型結構的鈉一金屬氯化物電池

2、專利號: CN201510104627.6 一種平板型電極支撐的陶瓷電解質電池及其制備方法

合作方式

技術開發、技術轉讓、專利(實施)許可等。


四、高能效超薄晶硅新型薄膜太陽能電池產業化項目

項目簡介

當前90%以上的太陽能電池是基于180-200 u m厚度硅片的晶硅技術,硅片在總成本里占了較大比重,同時鑄錠、切片等硅片制備環節也是高耗能、高污染過程,不符合低能耗和原料節約型發展趨勢。利用層轉移法制備亞40 w m厚度的單晶硅薄膜太陽能電池,可以達到與體電池一樣的效率,同時能大幅度降低生產成本,有望形成對傳統光伏技術的顛覆性突破。同時,單晶硅薄膜太陽能電池是唯一能同時具備輕質、柔性、高效(> 20% )、低成本特點的光伏技術,在平流層飛艇、無人機、移動通訊、建筑一體化、空中物聯網等領域具有非常重大的應用前景。我所高效光伏技術研究團隊經過近3年的研發,在雙層多孔硅襯底上利用中壓等離子體化學氣相沉積技術高速外延單晶硅薄膜,經由層轉移過程實現電池的剝離轉移和襯底循環使用,制備了效率為15.1%的柔性單晶硅薄膜(28um)電池。該項目利用薄膜的加工技術實現了高效的單晶硅電池,創造性地完成了傳統晶硅電池和薄膜電池二者優點的完美結合,實現了哲學上的統一,代表了光伏技術未來發展的一個重要方向。

技術優勢

項目采用“多孔硅一外延一剝離轉移”的工藝路線,將徹底省去上述傳統晶硅電池工藝中鑄錠、切片等高能耗步驟,實現柔性輕質晶硅太陽能電池的制備。

該領域具有代襲性的美國初創公司是在剛性襯底上實現了高效的薄膜單晶硅太陽能電池,雖然可以降低成本和實現高效,但是沒有實現電池的柔性化和質量的大幅減輕。而本項目則在工藝集成上實現了突破,完成了柔性襯底的生產工藝,首次真正在薄膜電池上同時實現了柔性、輕質和高效。此外,我們獨立開發的先進陷光結構可以保證薄膜太陽能電池充分的光吸收,在實現高效的同時還具備良好的廣角采光性和弱光工作性能,并且在實際使用過程中比傳統的太陽能電池的溫度低7度,大大提高了其在實際運行環境中的能量輸出,增加了其光伏電站的市場競爭力。

項目核心技術包括高速、低溫中壓等離子體外延系統,高效微納陷光結構設計和規?;票訃際蹩?,高效鈍化和背面電極技術,柔性電池加工技術等。目前,項目已經形成工藝全過程相關裝備及工藝開發的全面專利布局,具有獨立自主知識產權,為高效柔性輕質晶硅太陽能電池的產業化推廣奠定了良好基礎。

知識產權

1、專利號: CN201310390528.X , PCT/CN2014/085612 一種介質鈍化膜和太陽能電池及其制備方法

2、專利號: CN201510084323.8 薄膜自組裝制備方法及其裝置

3、專利號: CN201410419057.5 等離子體薄膜沉積裝置及沉積方法

合作方式

合辦公司、合作開發、技術轉讓、專利(實施)許可等。


超薄晶硅外延裝備(自主研制)、超薄晶硅圖片、超薄晶硅電池圖片


超薄晶硅電池應用領域


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電話:010-62679615

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