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[成果] 1900120001 陕西
[TM914.4, TM241] 应用技术 电池制造 公布年份:2019
成果简介:西北大学研究团队开发出的石墨烯基正银浆料产品是国际、国内创新将石墨烯应用于太阳能正银浆料的产品,非常具有市场竞争力,而西北大学及其产业化公司是国内自主拥有银粉、玻璃粉和载体的全套正银浆料生产技术。 利用石墨烯的疏水性、高导电性、大比表面积和二维片层结构等特性,将石墨烯引入银粉制备过程中,成功地实现了比普通银粉分散性更好、导电性更高的石墨烯包覆正银银粉(Ag@GN)的产业化制备工艺;利用石墨烯具有金属性的特性如电子迁移率高、导电性强的优点来增强电子-空穴的有效分离,以及利用石墨烯具有非金属的特性如其与硅接触能形成肖特基势垒促使电子单向流动、亦能有效促进电子-空穴的分离,将石墨烯引入正银浆料,以实现正银浆料的高光电转化效率。利用上述新技术,采用自制银粉开发的石墨烯基正银浆料其光电转换效率均比传统正银浆料的光电转化效率平均高0.2%~0.4%。到目前为止,研究团队已经开发出拥有自主知识产权的两大类(石墨烯包覆球形银粉和结晶型类球形银粉)10个品种的正银浆料用银粉,以及2类4个品种的石墨烯基改性正银银浆料。
[成果] 1800240170 江苏
TM914.41 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目来源于国家863计划项目及工信部电子发展基金项目,为了充分提高太阳能电池转换效率,引入并完成了钝化发射极和背表面技术的产业化。所述钝化发射极和背表面电池(PERC)结构不仅可以大幅降低背表面电学复合速率,还可以形成良好的内部光学背反射机制,尤其是在硅片向着薄片化的发展趋势下,电池表面钝化质量和内部背反射效果的重要性就更加凸显。PERC电池是一种高效先进的晶硅光伏电池。 (1)在传统湿法刻蚀基础上,研发了背面平坦化技术。背表面平坦化引起的电池长波反射率的提高在电池短路电流上得到了体现,与未经背表面处理的电池相比,背表面平坦化处理后的电池Jsc提高了0.2mA/cm2。 (2)使用产业化的PECVD设备在P型单晶硅片背表面制备AlOx和SiNy薄膜,对背面钝化膜层结构、沉积工艺以及电池集成工艺等进行了深入的研究。 (3)研究了不同激光功率在单晶硅抛光背表面上镀制的AlOx/SiNy叠层膜的开窗效果,综合评估PERC电池的激光刻蚀开窗工艺对背钝化面积的损失、铝硅的接触以及激光造成的损伤等多方面的影响。 (4)局部背场(Local BSF)形成技术,局域铝背场的质量对PERC电池性能的影响至关重要。为获得最佳的电性能,需要同时考虑空洞增多引起的串联电阻的增大和开窗区域钝化效果的降低,以及空洞减少、槽宽变宽引起的非开窗区域钝化面积的损失。 (5)江南大学为该项目主要提供理论与机理的分析与支持、技术路线方向性的支持、各种测试分析等方面。 1)对于氧化铝钝化方面,从钝化机理、载流子传输、钝化膜层内固定负电荷调整方向等方面提供理论依据,通过相当多模型建立与计算,提供合适的钝化膜层性质需求参数; 2)对PERC电池浆料和烧结工艺等方面开展研究,提供了PERC浆料的选型要求和适合的烧结方式; 3)开发了适用于光伏电池测试使用的LED太阳模拟器,并继续深入研究,设计和开发了以LED为光源的晶体硅太阳电池氢钝化装置,为克服PERC电池光致衰减的缺陷、提升产品品质提供了方法与思路,通过提供大量氢钝化实验数据以及经验,协助尚德公司建立起适合产业化的、低成本抗光衰技术; 4)通过对扩散过程的深入研究,提供了有利于进一步提供转换效率的前面场分布方案。 该项目相关授权专利10项,其中发明专利6项,实用新型4项。所有专利均与该项目技术相关,涉及太阳能电池及其组件产品。2015年通过国家太阳能光伏产品质量监督检验中心检测M1单晶PERC太阳能电池转换效率达到21.11%,M2单晶PERC太阳能电池转换效率达到21.31%,采用单晶PERC太阳能电池的光伏组件输出功率达到300.2W(60片)。达到地面用光伏组件“领跑者”认证最高等级。单晶PERC太阳能电池量产批次平均效率达到21.6%,处于行业领先水平。近两年应用该技术产品的单位约170家,合计新增PERC组件销售5.2亿元,新增净利润711万元。
[成果] 1800140265 北京
TM912 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属于储能技术学科,涉及电化学、电力电子等专业。以钛酸锂材料作为负极材料的新型锂离子电池,因其具有长寿命(可达12000次以上)、安全性好等突出优点,性能显著优于传统的锂离子电池,成为最具应用前景的储能电池之一。然而,最初的钛酸锂电池是以满足电动汽车动力电池需求而开发的,采用纳米级钛酸锂材料,材料制备成本高;制作电极时采用进口的预涂层集流体,电极制作成本高;在生产过程中需要严格控制环境湿度,环境控制成本高。最终导致电动汽车用钛酸锂电池成本太高,是磷酸铁锂电池成本的4~6倍,严重制约了其在电力储能领域的应用。 该项目依托“千人计划”项目“储能用锂离子电池电解液与隔膜改性研究”,国家电网公司科技项目“储能用钛酸锂电池及储能系统研制”、“锂离子储能电池火灾防护技术研究”等,主要针对储能用钛酸锂电池开发、电池成组及系统集成技术问题展开研究: (1)基于储能应用需求的钛酸锂电池重构技术研究; (2)低成本钛酸锂材料的设计、制备和性能研究; (3)高安全共容型锂离子电解液和无机化电池隔膜研究; (4)钛酸锂储能电池生产工艺研究及试制; (5)计及电池安全风险量化评估的储能系统应用技术研究。 取得了一系列重要研究成果: (1)以满足储能应用需求为目标,对电动汽车用钛酸锂电池技术进行了重构,提出了储能用钛酸锂电池材料体系和生产工艺的重构原则与技术方案; (2)提出采用低成本亚微米钛酸锂材料取代纳米钛酸锂材料开发储能用钛酸锂电池,采用静电纺丝技术合成了高性能亚微米钛酸锂材料,并以此为基础提出了储能用钛酸锂电池的材料体系; (3)基于PP溶剂体系,采用DMMP,TMP作阻燃剂,制备了共容型电解液,开发了电极支撑的全无机氧化铝隔膜和MFI分子筛包覆PP的复合隔膜; (4)开发了适用于亚微米钛酸锂材料的匀浆技术、集流体表面处理技术和电池生产环境控制技术,试制了储能用钛酸锂电池,电池循环寿命超过16000次,电池成本下降了30%; (5)建立了储能锂离子电池安全风险评估指标体系,提出了基于层次分析和指标权重的电池燃烧危险性评估方法,实现了电池安全风险的量化评估。 该项目申请国内专利43项,国际专利2项。已获得授权发明专利8项,实用新型专利3项。参与制定编制国家/企业标准3项,发表论文23篇。该项目成果在珠海银隆新能源有限公司、北京索英电气技术有限公司等多个公司得到应用,近三年实现新增销售额1.17亿元,年增收节支总额1.3亿元,经济和社会效益十分显著。该项目构建了包括钛酸锂材料开发、钛酸锂电池研制、钛酸锂电池储能系统应用技术等在内的完整的技术体系,有力推动了储能用钛酸锂电池技术的进步,促进了钛酸锂电池在电力储能领域的应用。
[成果] 1800290065 江苏
TM912 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目通过全面、系统的分析,凝练出影响锂空气电池安全性、能量密度和寿命的深层次物理与化学问题,进而有针对性地开展锂空气电池性能演变及安全机制、关键材料设计与可控制备的理论基础、及高性能锂空气电池新体系构建的基础科学问题的研究。主要目的在于从源头上理清纳米催化材料和多孔空气电极在能量转换和储存过程中的机理,掌握离子、氧气分子等运输机制,电解质在分子水平上的优化设计以及与纳米催化材料之间相容性的提高等。 制备了高性能碳基催化材料及多种具有双效催化功能的纳米催化材料,包括Fe2O3/graphene正极催化剂和新型三维石墨烯-硫化钼气凝胶催化剂等,有效降低了ORR和OER过程中的过电位,提高了电池能量转换效率,减少了副反应。 对锂氧气电池的电解液进行了一系列的改进及优化;同时,也进行了一系列新型电解质的研究。如新型的LiFSI盐、八甲基环四硅氧烷(OMTS)添加剂、含有0.05M LiI的聚合物电解质、锂化全氟磺酸新型聚合物电解质以及呋喃(2-Me-THF)电解液、碳酸酯(PC)电解液中的Li+/Li电对的电化学行为研究,为锂氧气电池的能量密度提升提供了保证。 提出了一系列对锂氧电池负极改性的方法。如设计并合成具有3D柔性结构以及自愈合等多功能的新型聚合物电极粘结剂(PAA-P(HEA-co-DMA))以使商业化的SiO材料具有优异的循环性能和倍率性能、金属锂负极表面构建由烷基碳酸锂以及氯化锂组成的有机-无机杂化保护层,大大提高了金属锂的循环寿命。 在原位表征技术方面,利用电化学原位红外反射光谱研究了非水体系中O2电催化还原及氧化物分解过程的表面反应与动力学;将原位电化学红外谱学技术拓展至锂氧气电池电解液的不稳定性研究中,在分子水平上实时监测DMSO和分解产物在金表面的吸、脱附过程,初步揭示了DMSO的分解与电位以及活性中间产物间的关系。
[成果] 1800220309 安徽
TM911.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属于材料学科、化学学科及能源等领域的交叉学科。课题组依托低温共烧材料安徽省重点实验室科技平台,在初级粉体制备方法、关键材料体系设计和遴选、电池微结构控制、单电池构型等方面进行了系统和深入的研究,发表该方向研究论文39篇,专利5项,成果转让1项。 一、主要研究内容与科学发现点: (1)构建了简易对称固体氧化物燃料电池(SSFOC),传统的La0.8Sr0.2FeO3-δ(LSF)阴极同时被开发为新型阳极材料,发现其具有很好的还原氧化稳定性和足够的电导率,满足对称电极材料的要求。所制备的YSZ电解质支撑型单电池也表现了很好的电池性能输出,通过引入GDC功能层的方法,电池性能更进一步提高90%。首次提出了准对称固体氧化物燃料电池(Q-SSOFC)的新概念,进一步提高电池性能。开发了PrBaFe2O5+x(PBF)和PrBaFe1.6Ni0.4O5+x(PBFN)两种SSOFC电极材料,均表现出了优秀的化学稳定性和热匹配性能。显然,Q-SSOFC为进一步提高电池性能输出打开了新思路,其存在多种实际应用前景。(2)研发了高性能LaCrO3基的钙钛矿连接材料,弥补了金属连接材料的易老化、不耐疲劳等缺点。(3)集中于含Co双钙钛矿结构的系列阴极材料,保持了高电导率和低的热膨胀系数等优点。同时也研发了无Co的系列阴极材料体系,采用改进的Pechini燃烧法制备了B位Fe基系列钙钛矿结构阴极材料。(4)采用表面活性剂辅助自组装的方法一步合成了NiO-SDC纳米阳极材料,立方相的NiO和萤石相的SDC均匀分散性非常好,球形颗粒粒径分布窄,呈现出区别传统的微孔-介孔复合新型微观结构,可以明显改善阳极活性和扩大三相反应界面(TPB)。使用碳氢燃料(甲烷),对比电池性能发现,新开发的NiO-SDC电池性能提高40-45%,同时阳极电池的抗积碳性能明显提高。(5)研究了系列低温易烧结的氧离子或质子导体电解质材料体系,大大降低了材料的致密烧结温度。 二、科学价值: 通过材料体系和电池构型来创造稳定的、高性能的固体氧化物燃料电池,研究了制备方法、组装工艺、电池微结构与电池输出性能之间的关系,跟踪了电池长时间的运行状况(80-200h),这些实验结果和数据有力为SOFC商业化进程提供了支持,为SOFC产业化发展提供了保障。另外在研究中的测试原理、反应机理、测试方法等方面也具有可推广的科学价值。 三、同行评价: 课题组在实验研究过程中,得到了同行的热情帮助,也得到大家的赞许和认可。代表作8篇,总引用82次,单篇最高引用39次。加拿大Renewable Energy Global Innovations Ltd推荐课题组准对称电池论文为网站科技论文,课题组所研发的材料体系和电池构造方法,同时也受到了吉林大学、哈尔滨工业大学、台湾国立大学、俄罗斯高温电化学所等海内外同行的高度评价。
[成果] 1800220320 安徽
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属于功能材料领域。太阳能转换成电能(光伏发电)或化学能(光生燃料)都涉及到光吸收、光生载流子分离及传输等关键过程,包括光活性材料和促进光生载流子分离的异质界面材料在内的界面关键材料直接影响这些过程的效率,从而直接决定了整个器件的能量转换效率。该项目以发展太阳能光电转换界面关键材料为目标,集中于通过新设计提高光活性材料对太阳光的吸收效率以及通过界面修饰提高光生载流子分离及传输效率,并在太阳能电池器件和光催化产氢体系中实现了高能量转换效率,取得了创新性研究成果。重要科学发现如下: (1)提出了表面等离子体激元、荧光上转换、异常光学透过效应等几种新设计,有效地提高了光活性材料对太阳光的吸收效率,为提高太阳能电池的效率提供了新的思路;进一步地,在聚合物太阳能电池器件中利用表面等离子体激元效应将电池效率提高了约16%,验证了新设计的可行性; (2)发展了通过表面活性剂修饰PEDOT:PSS提高其导电性的新方法,并以其替代价格昂贵的ITO实现了文章发表时国际上最高效率( 7.06%)的非ITO阳极的聚合物太阳电池器件;开发了包括石墨相氮化碳(g-C3N4)量子点、新型的C60-石墨烯杂化材料等不同类型的新型有机小分子界面材料,通过界面修饰有效地提高了聚合物太阳能电池的效率; (3)开发了基于非贵金属的磷化物、异相非贵金属的铜基氧化物等新型助催化剂,获得了文章发表时国际上可见光光照条件下最高产氢效率(量子效率达41%);通过金属纳米粒子界面修饰金属氧化物半导体纳米材料,显著提升了其光催化性能。 8篇代表性论文发表在Energy Environ. Sci.,Nano Energy,Adv. Funct. Mater.,ACS Nano,ACS Catal.等有影响的国际SCI期刊上,SCI他引662次,单篇最高SCI他引193次,3篇入选ESI高被引论文。相关研究成果产生了重要学术影响,受到了他人广泛引用与高度评价,引文作者包括美国科学院、瑞典皇家科学院、中国科学院/工程院等多位院士及其他数十位国内外同领域知名学者。项目组还应邀为CRC Press和In Tech出版社出版的专著各撰写了一个章节。项目第一完成人入选中科院“百人计划”并获结题评估优秀,第二和第三完成人分别入选中组部首批“千人计划”及“青年千人计划”。
[成果] 1800160015 湖北
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属低维无机非金属材料与新能源交叉领域。太阳能是最重要的可再生能源,硅基太阳能电池成本高,迫切需要发展敏化、有机、钙钛矿等新型太阳能电池。其中,半导体光电极起着重要的作用,而纳米阵列可促进光生载流子输运和分离,对提高太阳能转换效率具有重要意义。该项目创新性设计制备了多种新颖结构半导体纳米阵列光电极及其太阳能电池,创造性发展了系列材料制备方法,获得了优异的光电性能。主要创新发现: (1).创造性发展了一种温和的电化学沉积法,在ITO玻璃上大规模制备ZnO/CdTe纳米电缆阵列电极,成功解决了CdTe难于与ZnO形成良好核壳结构的难题,提高了纳米阵列量子点敏化太阳能电池光电流。获佐治亚理工大学王中林院士高度评价:“王等人发展了一种与ZnO纳米线相适应的、大规模制备ZnO/CdTe核壳纳米阵列的、温和的电化学沉积方法⋯⋯获得了CdTe与ZnO之间完整无缺的界面⋯⋯”。 (2).创新性实现了氧化钛纳米管阵列的大面积制备、剥离、转移和管内纳米颗粒的成功引入,并作为光阳极组装染料敏化太阳能电池,转换效率达9.8%。长江学者余家国教授认为:“这是基于TiO2纳米管阵列染料敏化太阳能电池所报告的最高效率”。 (3).创造性发展了醇酸共处理在塑料基底上制备PEDOT:PSS薄膜电极的方法,克服了浸润性差和导电性差的难题,电导率高达3560 S/cm,应用于P3HT:PCBM柔性有机太阳能电池效率3.92%。国家千人刘向阳教授接连用两个“record”评价。 (4).首次采用热化学法制备了CdTe纳米阵列电极,获得1.52 eV强带边发光,CdTe探测器呈现优异的光电响应特性,性能参数被日本材料科学院Y. Bando教授、姚建年院士、加州大学欧文分校校长R. Penner教授多次应用。 8篇代表性论文平均影响因子7.26,ESI高被引论文2篇,J. Mater. Chem.热点论文1篇,SCI他引407次,总他引1257次,单篇最高SCI他引205次。
[成果] 1900010594 北京
TM911.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:项目背景:固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料的化学能通过高温(700-900℃)电化学反应直接转换为电能的高效、洁净发电技术,可以使用氢气、煤气、天然气等多种燃料直接发电,被《国家创新驱动发展战略纲要》(2016)列为引领产业变革的颠覆性技术。美、日等发达国家都将其列为战略高技术,持续攻关30多年,投资近百亿美元,在2010年前后开始商业化应用。但是其技术和产品均对我国禁运,中国只能自主研发。 主要技术内容:SOFC是一项典型的多学科交叉、产业链冗长的高难度工程技术,涉及了多种关键材料开发、单电池设计及高温制备、发电模块高温集成、发电系统开发及示范运行。该项目依次攻克了SOFC材料-电池-模块-系统全产业链关键技术,实现了中国SOFC产业从0到1的突破。核心技术“氧化锆陶瓷低温烧结致密化”和“陶瓷电池与金属连接体异相封接”广泛应用于氧化物陶瓷和真空灭弧室等产品的工业化生产。发明专利12项,3次获省部级一等奖。主要成果如下: (1)SOFC电极材料开发及原位构建技术:发明了A缺位钙钛矿型阴极材料(Ba0.9(Co,Fe)0.9Nb0.1O3-8),性能较常用的第二代阴极提高了2~4倍,该方法被认为是“设计功能特性新材料的关键工具”。发明了纳米异构复合阳极及其高温原位构建技术方法(Pr/La0.8Sr1.2(Co,Fe)0.8Nb0.2O4+8-CoFe),实现了高性能输出和稳定运行,具有优异的抗硫-耐积碳性能,被认为是“具有发展前景的阳极材料”,引领了该领域的研究前沿。(2)SOFC单电池制备技术:发明了氧化锆基电解质(YSZ)三步烧结低温致密化方法,比通常的烧结温度降低100~350℃,获得了亚微米(0.1~1μm)细晶粒致密电解质,电导率提高了20%~40%;教育部成果鉴定专家委员会一致认为“该技术达到国际领先水平”。发明了异质、异构、多层薄膜共烧结技术,实现了多种构型(电解质支撑、阳极支撑、一体化电池等)工业尺寸(10cm×10cm,20cm×20cm)单电池量产,丹麦DTU测试表明性能优良,向国内外市场批量提供了产品。(3)SOFC发电模块集成技术:发明了低膨胀系数、耐高温、抗氧化的铁基合金体系,实现了与YSZ电解质热膨胀系数相匹配。发展了陶瓷电池表面金属化处理工艺,实现了陶瓷电池与金属连接体之间异相可靠封接,集成的发电模块在系统中稳定运行,向市场提供了产品,并在德国于利希研究中心测试验证了其可行性。 集成所有产业链技术,设计并构建了国内首台自主点火、独立运行的千瓦级SOFC发电系统,在不同领域进行了应用示范,实现了循环稳定运行。 技术经济指标、应用及效益情况:打通了SOFC相关“材料-电池-模块-系统”全产业链,在中国具有破冰之举。实现了四种产品的批量生产和商业供应,推动了SOFC产业在中国的起步和发展。核心技术“氧化物陶瓷低温烧结致密化”和“陶瓷-金属异相封接”广泛应用,相关产品销售收入21亿元,新增利润1.26亿元,经济效益和社会效益显著。
[成果] 1800180510 上海
TM911 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目是以锂镍锰钴氧三元材料为正极材料的动力电池项目,属于新能源与高效节能环保技术领域。LFP材料能量密度低,平台低,压实密度低,相比之下,三元材料电压平台高、比容量高、振实密度大、导电性好,有利于提高动力电池能量密度,提升电池单位瓦时能量密度。 主要技术创新内容为: 1)提高电池能量:使用能量密度高的高镍三元材料,材料机理研究及材料筛选。 2)提高电池寿命:使用高镍三元材料电解液,开发高镍电解液,电解液机理研究及筛选。 3)提高电池倍率及峰值功率:综合优化各项性能指标,多次试验验证及性能能对比分析。 4)提高电池高低温性能:综合优化各项性能指标,多次试验验证及性能衰减分析。 5)提高空间利用率:在现有的电池设计空间下,采用单边焊技术及模切技术,达到空间的最有效和最优化利用。 6)过充方面采用全新结构件:采用全新的CID结构件,设计优化结构件,保证过充的前提下满足工况载流及电池各项电性能指标。 7)其他安全方面机理分析结合模组包体层次实验:等效电路相关机理解析,通过结构件优化,极芯空间设计,极片涂层,隔膜选型,电解液多方面,测试电芯层级,模组层级及包体层级安全。 8)液冷系统的开发:通过对电池发热功率的仿真计算,并结合整车输入的水泵、压缩机和板换特性参数的匹配,进行液冷系统的开发,并进行流阻、流量分配的仿真计算,同步进行试验验证,确保开发的液冷系统能够满足电池冷却的需求。 9)电池包轻量化:通过结构仿真,优化电池包托盘结构,在满足性能要求的情况下,减轻结构件的重量。 10)电池模组标准化:根据各混动车型电量需求,开发出通用、标准化的模组,降低自动化的难度和成本,并为后续维护、回收利用带来极大的便利。 11)系统安全设计:根据整车工况,优化保险的选型,并在电池包模组间增加分压继电器,提高电池系统的安全等级,同时开发在电池包与乘员仓之间的防火层,确保用户安全。 12)采集系统开发:为确保采样系统的安全、可靠,使用分布式采集系统,避免太多高压线交叉导致的安全问题,同时在FPC或PCB上灵活、规整蚀刻通讯线路和保险,充当电池采样点与采样电路之间的桥梁。 镍钴锰酸锂三元电池技术项目研发涉及“锂离子电池的极芯及锂离子电池”“一种动力电池包”等3篇发明专利,7篇实用新型专利,已全部授权。该项目经过结构件设计、原材料筛选、工艺优化、控制策略验证、热分析及安全性能改善等节点,开发出全新的动力电池,C20M电芯已处于量产阶段,并已应用到上市的混合动力车型秦和唐上面,后续将在此基础上升级更新,此款电芯也将是后续主流新能源车型的标配。
[成果] 1900010569 江苏
TM914.41 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该发明属可再生能源领域。光伏发电是未来主要能源之一,是我国重点发展具有国际竞争力的战略新兴产业。太阳能电池是发电系统的核心器件,其中晶硅电池占垄断地位,实现光伏电力平价上网的关键在于其高光电转换效率和低成本,国家将“高效晶硅太阳电池生产技术”定为优先发展的产业技术。项目实施前,光伏产业技术被西方国家垄断,国际上技术发展进入瓶颈期;我国缺乏自主知识产权,技术、装备依靠国外,受制于人。在科技部973、863和工信部专项支持下,项目历经7年联合攻关,创新晶硅电池非传统化学制造新原理、新工艺,发明了成套关键技术,突破了产业化技术瓶颈,实现了具完整向主知识产权体系、国际领先的高效晶硅电池低成本产业化制造。主要发明点如下: 1.发明了易钝化双面微米纳米结构催化刻蚀技术。针对电池表面光吸收与载流子复合的矛盾,首创双面微米纳米陷光结构,创新出化学湿法与金属纳米颗粒催化刻蚀相结合的微纳结构制造新原理、新工艺及装备,以催化反应刻蚀替代常规制绒,光吸收率从70%提高至85%-95%,电池效率提升了0.3-0.6%。 2.发明了多层介质界面钝化技术。针对电池表界面载流子复合问题,发明了表面损伤层的纳米级精确可控去除和气固反应生成超薄多层介质钝化技术,气体原子在晶硅表面可控吸附、体内扩散和化学反应钝化悬挂键,实现复杂微纳结构表界面高效钝化,界面复合速率小于10cm/s,电池效率提升了0.5-0.8%。 3.发明了低界面复合扩散掺杂和金属化技术。针对电池材料中磷元素难以精确定位掺杂、栅线遮光、接触电阻大、焊带表面光反射损失的问题,首创分步式梯度磷扩散掺杂、二次印刷叠加浮金属化和焊带表面微聚光结构,提高载流子传输和收集,电池效率提升了0.4-0.6%、组件输出功率提高了5Wp以上。 4.发明了低缺陷籽晶诱导多晶硅制备技术。针对多晶硅结晶成核点和长晶界面难以控制的问题,发明了独特的多晶硅炉热场结构、梯度坩埚和籽晶诱导复合涂层,硅片少子寿命提高了50%,电池效率提升了0.3-0.5%。 整体发明技术自2014年在常州天合光能有限公司应用,近三年新增销售收入476.57亿元、利润14.5亿元。高效电池出货量占全球20%,每年发电可替代标准煤540万吨,减排CO21522万吨,产生重大经济社会效益。形成标准25项(国际18项);授权发明专利41件(国际2件);发表论文46篇;建立了创新平台和人才培养体系;创建了首条全球领先的关键设备100%国产化工业生产线,组件价格从36元/Wp下降到3元/Wp,下降了91.6%,助推光伏电力平价并网。获全球可再生能源领域领先技术蓝天奖、中国石油和化学工业联合会技术发明特等奖和中国机械工业技术发明一等奖。经国际权威机构认证,17次创造电池效率和组件输出功率世界纪录,被誉为“世界太阳能之父”之称的Martin Green高度评价并载入电池效率世界纪录路线图,得到世界光伏行业和学术界广泛认可,是世界光伏技术发展历程中的里程碑,引领国际光伏产业技术。鉴定评价:“技术达到国际先进水平,应用该技术制造的产品光电转化效率达到国际领先水平”。
[成果] 1900010306 湖南
TM912 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:电池是人民生活和国防的必备品,更是节能与新能源汽车的“心脏”。从市场需求和技术演进看,具有节油率高、无需外部充电、减排效果显著等特点的混合动力汽车是节能与新能源汽车的主要技术路线之一。由于混合动力汽车发展的核心难点是开发具有高安全性、宽温域、长寿命特性的二次电池,而国外企业更是长期垄断其典型代表的镍氢电池相关技术,直接导致中国在节能与新能源汽车领域关键零部件、材料与核心技术受制于人。自2002年起,在863计划、国家重点技术改造计划等国家级项目支持下,完成单位攻克了高性能电池产品、关键材料、生产工艺和短板装备等四大业界难题,成功填补国内空白,打破国外垄断。在电池温度适应性、安全可靠性、低温倍率性能、使用寿命和电极材料性能等方面达到国际领先水平,并实现大规模制造和应用,促进了汽车产业转型升级,推进了节能与新能源汽车规模化生产。 研发新型高性能二次电池,解决电池低温活性差、高温充电效率低、使用寿命短、安全性不足等世界性难题。优化高低温正负极配方、合金表面处理工艺,研制新型球镍,实现电池宽温域,提高寿命;首次提出双封口结构和自平衡散热装置,实现安全标推化设计。电池放电效率-20℃达90%,-40℃达76%,充电效率70℃达91%,整体温度下降13℃,优于国内外同类产品。 开发具有国际领先水平的高纯度高导电性泡沫镍和高耐腐蚀性高抗拉强度穿孔镀镍钢带,突破关键基体材料的技术和产业化瓶颈。独创组合式物理气相沉积和多级阳极变频电镀技术及装备,生产的泡沫镍厚度分布系数(DTR)高达0.95,表面电阻为30~50mΩ,不但适用于高性能镍氢电池,也适用于新型锂离子电池。开发了高分散固态微粉复合电沉积技术,研制出抗拉强度高于108N/mm2、耐腐蚀性达国家六级的穿孔镀镍钢带,可节省40%的镍资源。 独创电池正极活性物质精确填充及自动化无损检测工艺,提高极片填充重量的一致性,解决了电池组使用寿命和安全性较低的难题。建立正极片闭环反馈定量喷涂系统,构建多孔金属材料面密度在线计测数学模型,在全球率先实现精确填充和连续多孔基材重量的无损检测。极片填充重量偏差为±2.5%,日本丰田仅达到±6%。产品既能用于混合动力汽车,又能用于燃料电池汽车。 开发高柔性、数字化电池制造成套装备和系统,解决了中国电池生产自动化水平、生产效率及品质低的难题。研制出从材料到电池的成套装备与系统,并进行信息系统集成、工业网络构建,实现了电池制造的柔性化、数字化生产。工厂生产效率提高了30%,产品不良率由5%降至1%。 项目成果获中国轻工业联合会科学技术进步一等奖、湖南省知识产权局专利金奖;授权发明专利47项,其中国际发明专利3项。技术产品广泛应用于节能与新能源汽车、轨道交通、智能家居、军工等领域,近三年新增销售额319.37亿元,远销欧美日等发达国家,创汇2.63亿美元,变稀土资源出口为高技术产品出口。产品成功实现进口替代,近十年节省外汇6.43亿美元。
[成果] 1800220186 安徽
TM914.42 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:太阳能是人类使用的最主要清洁能源之一,2017年中国太阳能电池装机量位列世界第一。大力开发太阳能资源是加快中国能源结构调整,改善人民生活环境质量的重要举措。薄膜太阳能电池由于弱光性好、易与建筑一体化使用,已成为发展的趋势,在国际市场上受到高度重视及快速发展。薄膜太阳能电池的半导体制造过程对作为关键基础材料的导电玻璃提出了更高的要求,但生产技术长期被国外垄断,严重制约了中国薄膜太阳能电池产业发展。因此,高应变点导电玻璃的规模化生产技术亟待自主开发。2013~2016年间,该项目通过协同创新、联合攻关,研发出高应变点玻璃成分体系,攻克了高黏度玻璃液高效熔化、高精度宽板成型技术,创造性地开发了铜锌系背电极,突破了高均匀成膜工艺,实现了装备的国产化、智能化,量产了国内首片高应变点导电玻璃,打破国外垄断并将产品推广至欧、日薄膜太阳能电池制造商。 创新点如下: (1)研发了高应变点玻璃成分体系。开发了RO-R2O-Al2O3-SiO2系统的玻璃组成,应变点高达580℃;建立了锥形粒度分布的新原料粒度体系,调控熔化部环流,产品斑马角达到45°,提升幅度超过30%;开发了多温区耦合澄清技术,气泡微缺陷减少60%,突破了高质量熔化的技术瓶颈。 (2)创新高黏度玻璃液稳定成型工艺。开发了“高温浅池宽板”成型技术,实现了高黏度宽幅玻璃带高温稳定成型,厚薄差≤0.03mm;独创了“横向温差等比缓降”成型技术,实现横向温差在拉引方向上以指数模式精确缓慢降低,玻璃板弯曲度≤0.5mm;集成开发了“连续承载无损传输、选择性切割”系统,实现了高强玻璃板的微损切割,破片率≤3.4%,良品率≥91%。技术成果工业化稳定量产,产品质量国际先进。 (3)首次研发了具有复合阻挡功能的低电阻铜锌背电极膜系,解决了薄膜太阳能电池半导体生产过程中多元素扩散带来的负面影响,产品面电阻≤0.64Ω/□,导电性能提升20%,钼资源节约80%,组件功率平均增加2.5W,等效光电转换效率提升1.8%;开发高真空溅射、高均匀成膜、高精度检测等核心技术,膜层均匀性达±0.5%,铜锌系背电极完全匹配现行铜铟镓硒(CIGS)生产工艺,成品率≥98%。开发了制造执行(MES)及产品识别(AIS)系统,实现全线智能化控制。 该项目授权发明专利6项,授权实用新型专利4项,发表论文3篇。产品供给日本SOLAR FRONTIER、德国AVANCIS、安徽的凯盛光伏材料有限公司等CIGS薄膜太阳能电池制造商。项目完成单位新增销售收入6640.1万元,新增利润2069.6万元,与安徽省既有薄膜太阳能电池产业实现上下游联动,新增就业岗位200个,有力推动了当地经济发展。 项目技术成果填补了中国在薄膜太阳能电池关键基础材料领域的空白,完善了产业链构成,增强了国际话语权,具有显著的经济社会效益。
[成果] 1900010047 福建
TM912 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属于新能源汽车、高分子材料加工、化学储能等交叉领域。 锂离子电池是支撑新能源汽车等新兴产业的重要储能部件,其潜在的安全性问题是最优先要解决课题。隔膜是保证锂离子电池安全性的最重要材料。该项目立项时,国产隔膜少、质量差、内部短路严重,基本上依赖国外进口,更没有高安全的功能隔膜。该项目于2011年1月由中航基金和中航锂电立项实施,得到了科技部“863计划”重大项目和中航工业集团的支持。厦门大学等四家单位经过年的技术攻关和四年多的合作推广,在国内率先完成了水基单面涂布陶瓷隔膜等功能隔膜的技术开发,率先实现了大规模的产业化和应用。相关产品的技术指标达到甚至超过国际领先水平,全面取代国外进口。取得了系列原创性成果: 发明并开发了多种具有全新构造和构成的陶瓷涂覆功能隔膜。包括,表面高分子材料改性的无机陶瓷材料与传统聚烯烃隔膜复合的陶瓷功能隔膜;两面分别涂覆无机材料层和有机材料层的三层功能复合隔膜;具有热关闭功能的耐高温性无纺布基隔膜。 确立了陶瓷涂覆功能隔膜生产技术。包括开发了无机材料表面修饰和基材膜表面处理技术;无机材料的高度分散技术;浆料用新型粘结剂;薄型基膜上的涂布技术;高速烘干技术和抑制基材膜的起皱等关键技术。率先完成了中国第一条完全采用国产技术的水基单面涂布陶瓷隔膜生产线,彻底打破了国外寡头企业的技术垄断。 发明、开发了具有“多级热响应功能”的新型功能隔膜和“200℃高温下零收缩”的新型聚烯烃基陶瓷功能隔膜,使下一代功能隔膜的超薄层化可能。 项目申请中国专利60余项和PCT专利6项,已获授权发明专利19项,形成了完整的自主知识产权的技术体系,涵盖功能隔膜生产的各个环节。基于这些专利发明,在国内最早建成300万平方米/年陶瓷涂覆功能隔膜生产线。经过不断扩产,形成年4亿平方米的产能。该项目产品,近三年累计形成产值6.5亿元以上,利润2.5亿元以上,在行业内50多家主要锂离子电池企业中全面使用,功能隔膜的生产技术和设备已全部实现国产化。 产品经在车载锂离子动力电池中的大规模应用表明,极大提高了电池的安全性,顺利通过了国家科技部的技术验收和中航工业集团的验收。中航锂电的动力锂离子电池已全面使用该项目产品,新形成产值累计已达30亿元以上。 基于项目创新成果,动力电池用功能隔膜在中国从无到有,采用功能隔膜已成为动力电池行业的共识,为中国动力电池和新能源汽车行业的发展提供了坚实的安全保障,创造了巨大的经济效益和社会效益。
[成果] 1900010816 北京
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:聚合物太阳电池具有器件结构简单、重量轻和可制备成柔性和半透明器件等突出优点,是具有重要应用前景的清洁可再生能源。该项目针对聚合物太阳电池中的关键光伏材料---共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体光伏材料进行了系统深入地研究,取得了系列重要创造性研究成果。主要科学发现如下: (1)从2004年开始,针对当时聚合物给体光伏材料吸收光谱不够宽和空穴迁移率较低的问题,国际上首次提出通过共轭侧链拓宽吸收和提高空穴迁移率的分子设计思想,设计合成了一系列带共轭侧链的宽吸收二维共轭聚唾吩给体光伏材料。该类聚合物具有宽的可见区吸收、较低的HOMO能级和较高的空穴迁移率,这都有利于给体材料光伏性能的提高。一种带二(噻吩乙烯)共轭侧链的聚唾吩给体的光伏效率比最具代表性的聚(3-己基噻吩)(P3HT)提高了38%。该成果被国际同行肯定为带共轭支链的二维共轭聚合物的“Pioneeringworks”。 (2)在上述二维共轭聚噻吩的研究基础上,首次把噻吩共轭侧链引入到苯并二唾吩(BDT)结构单元上,合成了一系列基于带噻吩共轭侧链BDT单元的二维共轭聚合物。与对应的烷氧基取代聚合物相比,这类二维共轭聚合物吸收光谱有所拓宽、HOMO能级有所下移、空穴迁移率有所提高,作为给体光伏材料的光伏性能都有显著提高。其中基于噻吩取代BDT和羰基取代并二噻吩的二维共轭聚合物PBDTTT-C-T的光伏效率达到7.6%,为当年(2011年)聚合物太阳能电池的最高效率之一。这种二维共轭的结构设计思想得到了国际同行的广泛关注和发展,这类给体光伏材料被国际同行评价为取得了“the milestones”光伏效率。 (3)针对P3HT/PCBM体系受体LUMO能级太低导致器件开路电压低的问题,提出通过使用富电子的茚双加成来提髙C60的LUMO能级的思想,合成了茚双加成C60衍生物ICBA。ICBA的LUMO能级较PCBM上移0.17eV,以其为受体、P3HT为给体的光伏电池提高到0.84 V,效率达到6.48%。考虑到C70较CM较强的可见区吸收,该项目又进一步合成了茚双加成C70衍生物IC70BA。通过使用氯萘添加剂,基于P3HT/IC70BA的光伏器件效率提髙到7.4%,创造了基于P3HT光伏器件效率的新记录。ICBA被国际同行评价为"remarkable"双加成富勒烯衍生物。 该项目研究成果对聚合物太阳能电池光伏材料的研究起到了重要推动作用。8篇代表性论文包括dcc. Cheat. Res.(1篇)、J. Am. Chem. Soc. (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (1篇)、Adv. Mater. (2篇)、Energy Environ. Sci.(1篇)和Adv. Fund. Mater. (1篇)。这8篇论文已被SCI他引4427次,单篇最高他引1338次。主要完成人李永舫在相关国内外学术会议上作大会报告和邀请报告100多次,其中2012年在美国召开的IUPAC世界高分子大会上有关二维共轭聚合物给体光伏材料的邀请报告获得美国化学会高分子学术报告奖。突显该项目研究成果在国际上的重要影响。
[成果] 1900010281 上海
TM912 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属于电化学工程与化工系统工程交叉学科。磷酸铁锂(LiFePO4,简称LFP)被国际公认为是一种可持续发展的动力锂电池正极材料,具有安全性好、循环寿命长、可利用丰富低廉的Fe、P资源、无需Co, Ni等有色金属的显著优势。然而LFP存在导电率偏低、倍率性能和低温性能弱的不足,严重制约其在动力锂电池产业中的大规模应用。该项目团队自2004年以来在国家973计划等课题连续支持下,从提出LFP合成新原理到制造工艺、电池运行管理等关键技术的突破,创建了中国具有完全自主知识产权的新型LFP材料制备应用技术体系,成果在新能源电动汽车和储能系统中广泛应用。主要技术创新如下: 国际首创单质铁原子经济性磷酸铁锂合成新反应:提出单质铁和FePO4为铁源、符合原子经济性的LiFePO4合成新反应:Fe + 2FePO4+ Li3PO4• 0.5H2O = 3LiFePO4+0.5H2O,创建从纳米球形FePO4合成到高温碳融合的连续化纳米LFP高纯度合成方法,解决了LiFePO4导电性差、低温性能弱等问题。FePO4已成为国际上LFP合成首选起始材料,完全替代了传统磷酸二氢锂路线,广泛应用于国内外LiFePO4正极材料生产中。 创建磷酸铁锂动力电池高可靠性制造新工艺:发明LFP极片基底预涂0.1〜10μm导电碳电极制备、铝箔纳米导电碳底涂液配置及涂敷、高速双轴搅拌混料与砂磨分散等成套新工艺,形成超高倍率、超长循环寿命纳米磷酸铁锂动力电池制造工艺整体解决方案,使得LFP电池单体能量密度提升到175Wh/kg,系统能源密度超过125Wh/kg,在零下40℃下冷启动最低电压比其他LFP材料提高0.58V,批量制造一致性显著提升。 建立磷酸铁锂电池运行状态精确监控和应用系统:提出具备参数在线更新功能的多尺度 高斯回归耦合(GPR)模型,精确预测电池反应传递机理及运行特性,以美国NASA标准电池数据验证其模型的SOC预测误差仅为1%以内,开发混合动力汽车SOC高精度测量、储能电池组阵列及其控制等应用系统。其中基于平衡电网负荷的电池储能电站调节系统及功率调节控制方法所开发的20MW/40WHh用户端储能电站为国际首创。 该项目获得授权中国发明专利50项,国际发明专利4项。发表相关研究论文25篇,SCI收录23篇,引用1175次,单篇引用100次以上4篇。该项目团队致力于磷酸铁锂动力电池技术研发与推广十多年,所开发的磷酸铁锂正极材料合成和动力电池制造工艺与优化方案,以及电池状态模型构建和应用系统构建技术,先后在比亚迪、中聚电池、中兴派能、中航锂电、天津力神、上海德朗能和南方电网等企业实施,LFP电池成为新能源汽车和电化学储能应用的主流电池。根据中国化学与物理电源协会统计,2015-2016年期间,磷酸铁锂电池分别占中国动力锂电池市场的69%和64%,位列动力电池出货量之首,其中,比亚迪出货量分别为3.00GWh和7.35GWh,连续2年排名第一,市场占比26%。该项目团队开发的“高倍率纳米磷酸铁锂电池正极材料”被国家科技部、工信部等四部委选为“国家重点新产品”。所开发的31.5MW/12.06MWh调频储能电站先后落户美国伊利诺伊和弗吉尼亚,分别荣获“2015北美地区集中式储能创新奖”和“2017全球储能科技驱动者大奖”,其储能产品占美国市场62%!近三年新增产值26.34亿元,新增利润5.42亿元,创汇1.2亿美元。 该项目获得2017年度教育部科技进步一等奖。2项专利分别获得2015和2017年度中国优秀专利奖。
[成果] 1800240346 江苏
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:项目成果属于新材料和化学工程交叉领域。发展清洁可再生能源已成为全球性战略和中国重大国策。太阳能电池耦合二次电池是转换和存储太阳能最有效的方法之一,而电极材料是太阳能转换与存储电池的核心。商业化电极材料普遍存在导电性差、体积效应大、结构稳定性差等亟待解决的共性关键难题,导致电池在使用寿命、效率、安全性和成本方面难以同时满足实际应用需求。 项目在国家杰出青年基金、国家863计划、国家科技支撑计划等资助下,开展了基础理论、新技术和工程化应用三个层面的系统研究,提出了“电极材料微结构—性能调控”、“电极组分/纳微界面—结构强化”的研究思路,发明了电极材料生长和性能调控的方法和技术,开发出高性能长寿命可再生能源转换与存储器件用新材料体系,形成电极关键材料的绿色规模化生产技术,建成具有自主知识产权的生产线,在相关行业实现规模应用,奠定了中国在相关领域的国际领先地位。 主要创新成果: 1、发明了高性能电池电极材料微结构与性能调控方法。揭示了纳微形态影响电极材料电子/离子传输的规律;阐明了电极材料微结构调控载流子传输机制;发明了通过反应过程和受限分子扩散来控制反应源供给速率,进而调控电极材料生长和微结构的方法;研制出微结构可控的低维半导体氧化物和硫族化合物单分散纳米电极材料,实现了电子/离子“短程迁移”,解决了电极材料导电性差的难题。 2、发明了电池电极材料的界面调控与电极结构强化技术。揭示了石墨烯和钛基材料的纳微形态对电极增强导电和稳定结构的机制;发明了电极复合材料反应自组装新方法和超声辅助气相复合新技术;研制出两类微观结构高度有序的新型电极材料产品体系—石墨烯-纳米电极材料和石墨烯-钛基纳微材料-铅膏,大幅提升了电极导电性,有效缓解电极材料的巨大体积效应,延长锂离子电池寿命2倍以上、铅酸蓄电池寿命1.5倍以上。 3、开发了低维电极关键材料高质量低成本的工程化制备成套工艺/技术/生产线。将化学工程原理和方法应用到电极关键材料的规模化制备工艺设计中,基于反应热力学和传递过程模型建立了调控钛基纳微材料微观结构、形貌和组成的方法,开发了制备新工艺和关键装备,建成世界先进的千吨级工业生产线,打破了国外技术垄断;基于反应动力学和传递过程模型建立了精确调控石墨烯微观结构和表面性质的方法,发明了安全高效的石墨氧化技术、绿色的氧化石墨烯还原技术,开发出酸回收工艺和酸碱废水耦合处理工艺,发明了成套核心装备,建成世界领先的百吨级石墨烯生产线。 项目获授权发明专利10项,发表SCI论文50余篇,他引2000余次,8篇代表论文被国际顶级期刊Chem. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem.等正面他引247次。项目成果已在超威集团、太白集团等多家知名企业实现产业应用,经济和社会效益显著,由基础科学发现推动技术创新进而驱动工程化应用,为材料和化学工程领域的科技进步、资源可持续发展做出了贡献。
[成果] 1800170016 浙江
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属于新能源-太阳能电池领域。有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSC)具有成本低、质量轻、柔性便携及可大面积生产等优点,是太阳能电池技术的研究热点。该项目重点开展低成本、高效率的OSC研发,针对制约OSC效率的关键因素,在界面修饰、活性层聚合物给体材料制备等方面开展了系统性工作,取得了一些重要原创性成果: 1.创新性发展了新型非共轭小分子电解质作为有机太阳能电池界面材料,突破了单结电池10%的效率瓶颈。克服了传统界面材料需蒸镀成膜、空气稳定性差等缺点,该项技术非常有利于OSC的大面积、低成本制备。相关成果发表在国际顶级期刊Nature Photonics上,获得2015-2016年度宁波市自然科学优秀论文一等奖。相关成果入选“2015年中国光学重要成果”,并被欧洲现代工业技术联合会(ModTech)授予“卓越贡献奖”。 2、制备了聚合物太阳电池呋喃基“绿色”给体聚合物,发展了简单极性溶剂处理活性层来提高OSC效率的方法。为聚合物给体材料的绿色化学设计和OSC效率的提高提供了新的思路。 3、利用催化剂转移活性聚合方法,合成了低分散度的OSC标准材料聚3-己基噻吩(P3HT),同时初步进行了大面积电池应用研究。 基于该项目,申请人近年来在Nature Photonics、Adv. Mater、Energy Environ. Sci、Chem. Mater、J. Mater Chem. A、等高水平国际期刊上共发表SCI论文80多篇,被Nature Energy、Nature Reviews Materials、Chem. Rev等高影响力期刊引用2000多次。并应Springer出版社邀请,撰写有机太阳电池专著章节,此外担任科学出版社《新能源材料科学与应用技术》丛书编委会副主编,并撰写聚合物太阳电池专著章节。负责编写第三版《中国大百科全书》“光电高分子词条”等,共申请发明专利29项。第一申请人先后入选中科院青年拔尖科学家、浙江省杰出青年基金、浙江省“千人计划”、浙江省“151人才”、浙江省“钱江人才”、宁波市领军拔尖人才等。主持包括国家重点研发计划-政府间专项,5项国家自然基金面上项目、中科院前沿重点项目、中科院交叉创新团队、浙江省杰出青年基金、中科院国际合作重点项目等20项国家级和省部级科研项目。
[成果] 1800220314 安徽
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:(一)项目所属的学科技术领域: 光电太阳能转换是将太阳能直接转换成电能的一种形。染料敏化太阳能电池由于低成本和高的光电转换效率已被广泛研究。因此,功能性光敏剂的设计、合成及其在太阳能电池中的应用具有举足轻重的地位。 (二)主要研究内容: 1.钌光敏剂的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用。研究了三苯胺、咔唑基等不同给电子基团对光电转化效率的影响及在电子转移机制中的作用,建立筛选高效钌光敏剂的方法。2.卟啉类光敏剂的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用。研究在卟啉环的不同位置引入缺电子基团对光电转换效率的影响,建立筛选高效率卟啉类光敏剂的方法。3.功能性光敏剂在电化学传感器中的应用。研究分子对过氧化氢和亚硝酸盐的快速、灵敏、宽线性范围的检测,建立非酶电化学传感器仿生界面的构筑方法。4.功能性光敏剂在光学传感器中应用。研究分子对重金属离子和阴离子的识别作用,实现传感器分子对目标检测物的高选择和超灵敏识别。5.模拟计算分子结构与光电转换效率、光电化学传感器识别物之间的相互作用机制,实现理论计算与实验的有效结合。 (三)科学发现点和科学价值: 1.设计合成了三苯胺和咔唑基钌光敏剂,研究光敏剂敏化太阳能电池的光电性质。钌光敏剂敏化的电池具有较好的光电性能明,源于三苯胺或咔唑具有较强的给电子能力,光敏剂具有高的摩尔消光系数和三苯胺/咔唑基的存在能减小电子复合的速率。2.缺电子基团引入卟啉环的不同位置,构建了D-A’-Por-π-A和D-Por-A’-π-A类卟啉光敏剂。研究啉光敏剂对准固态电池的光电性质的影响。结果表明,键合缺电子基于受体附近,有利于电子离域在LUMO,提高电子的不对称性,从而利于分子内电荷转移。3.利用卟啉光敏剂优越的电化学性能,研究结构新颖、光电性能优异的卟啉类光敏剂对H2O2及亚硝酸盐的光电催化性能,实现功能化光敏剂在电化学传感器中的应用。4.功能化钌光敏剂对Hg2+和F-的识别作用。构建了肉眼识别和荧光光谱“turn-on”型的Hg2+和F-光化学传感器。实现功能化光敏剂在光化学传感器中的应用。5.理论模拟分子结构与光电性质、传感器识别物之间的相互作用、阐释实验现象,实现理论计算与实验结果的有机结合。 (四)同行引用评价: 课题组成员以第一作者或通讯作者发表相关SCI收录论文65篇,均被SCI收录,部分论文发表在影响因子较高的国际著名期刊如Inorg. Chem., J of Power Source, Anal. Chem., Phys. Chem. Chem. Sens. Actuators B: Chem.等。发表论文有较高的引用率,8篇代表作中,被SCI期刊总引用153次,被SCI期刊他引115次。
[成果] 1800180512 上海
TM911 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:锂离子启动电池技术属于新能源与高效节能环保技术领域,锂电池的启动电源是一个完全全新的产品,在国内外均属首次;客户的设计输入少,许多技术条件未明确,是该项目的难点;紧凑的空间要求、使用更宽的温度区域、超长的日历寿命,则是项目的重点。其中,-30℃冷启动要求是难点,需要电芯较大幅度提升低温充电能力和大倍率放电能力;另外,启动电源跟整车交互较多,需要制定完整的使用策略。该项目主要技术创新内容如下,通过这些技术创新提升产品性能,满足整车要求: 1.通过对电池在超低温下的电化学阻抗和扩散阻抗研究,找出降低低温下电池阻抗的电解液溶剂体系和添加剂。 电解液是影响锂铁电池低温性能的一个关键因素,这是因为作为在电池内部起传导作用的离子导体,电解液的性能及电解液与正负电极形成的界面很大程度上影响着电池的性能,因此改善电解液是提高锂铁电池低温性能的一个途径。该研究报告介绍了从溶剂体系、锂盐以及添加剂体系三个方面对现有电解液所作的改进,并对实验成果和锂铁电池低温性能方面的局限做了详细地阐述,同时也希望这些实验成果能对以后低温电解液的开发给予指导作用。 常规碳酸酯溶剂,根据以上观点,可以通过降低电解液中高熔点高粘度(EC等)组分的含量来提高电解液的低温性能,如用PC取代EC或者增加EMC(具体物化参数见表1)的含量来扩展电解液的液态范围,降低电解液的粘度, 2.通过对负极SEI膜在高温下的副反应研究,找出减小SEI在高温下副反应的电解液添加剂和化成工艺方法。 3.选择合适的电极材料,优化极片设计和电池结构,设计DOE实验找出极芯设计的最优方案,提升电池的大倍率放电,尤其是低温放电性能。 4.实验探索适合电池低温下恒压充电的温度和对应的上限电压,保证启动电池在低温下能充进足够的电量。 5.生产实验电池,借助公司的测试资源对电池进行全方位的性能验证,使其在安全可靠、电性能和特殊性能等方面满足VOC。 锂离子启动电池技术研发涉及“一种电池模组及汽车”“一种锂离子二次电池的制备方法”等 3篇发明专利,6篇实用新型专利。 经过该项目的开发,锂离子电芯的工艺,电解液的合理匹配,大大提高了电池的低温冷启动性能,满足甚至超过欧洲、美国等各类关于启动电池的标准,也为锂离子电池在汽车启动领域取代铅酸电池奠定了基础。另外,该项目自主开发控制芯片,通过合理地设置控制程序,实现了电池的实时保电,甚至在停车过程中也可实现自行补电,相比铅酸电池,减少了抛锚概率。在公司内部产品上,启动电池已在公司上市车辆秦、唐、宋等新能源车上大量应用,产量稳定,取得了可观的利润。
[成果] 1800240158 江苏
TM912 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:(一)项目所属科学技术领域: 该项目属于能源与节能领域工信部、发改委等部委印发的《电池产业发展行动方案》指出:以2020年单体锂离子电池比能量为300Wh/kg、2025年突破500Wh/kg为发展目标。国家《十三五战略规划》中强调:“突破高安全性、长寿命、高能量密度锂离子电池技术瓶颈”。该项目在国家自然科学基金、省自然科学基金、省科技支撑计划等的支持下,分别从高效锂离子电池及电池组生产技术、高安全长寿命锂离子电池系统、新型锂离子电池热管理等方面研发了关键技术,提高安全性和延长寿命,为中国可持续发展战略提供技术保障。 (二)主要研究内容: 1、高效锂离子电池及电池组生产技术: (1)创新开发了高能量密度的镍钴铝(NCA)三元材料技术。采用NCA811制备3-6微米的镍钴铝酸锂前驱体粉料,制备出纳米镍钴铝锂正极材料。在10C倍率下1200次循环后容量保持率为95%;(2)单独研发储能锂离子电池及模组批量生产和规模化组装技术。优化了锂离子电池模块化组装技术,锂离子电池单体的能量密度达到280Wh/kg,PACK成组后能量密度达到165Wh/Kg。(3)创新先进锂离子电池分选和电池系统多级放电保护技术。实现了快速剔除自放电异常电芯,提高电池模组生产良品率。研发了先进的分选配组技术、实现电芯无分级配对,延长锂离子电池组循环寿命,经用户使用续航里程已超过300公里,率先达到国家相关部门提出的目标。 2、高安全、长寿命锂离子电池系统: (1)独创锂离子电池实时监测技术。通过先进的电池控制和管理系统,实现锂离子电池远程信息的传输、实时监视、诊断。(2)创新研发锂离子电池快速插拔在线更换技术。实现电池的在线更换,保证电池组的长效、安全运行。 3、新型锂离子电池热管理技术: (1)独创了板式微通道电池热管理技术。成功研制了新型板式微通道方形电池热管理和套筒式微通道圆柱形电池热管理技术,解决了锂离子电池在大功率充放电下的热失控问题。(2)研发被动式电池热管理技术。成功研制了相变材料和脉动热管理的被动式电池热管理系统,在控制电池工作温度的同时降低电池的工作负荷、减小电池热失控的几率。 (三)技术经济指标、应用推广及效益情况: 申请专利36项(其中发明专利21项),授权专利25项(其中发明专利16项)。出版了全球首部电池热安全领域专著,得到中国工程院院士陈立泉、罗绍基两院士的认可,并分别为专著作序。期间发表期刊论文40篇(其中SCI论文34篇)。项目经济与社会效益可观,新增就业岗位213个,产品用于新能源发电储能方面解决了中国最后无电区(西藏尼玛县)的用电问题;用于新能源汽车方面,促进了新能源汽车产业的发展。项目成果经中国轻工联合会鉴定:达到国际先进水平,填补国内空白;获扬州市科学技术奖一等奖。
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