專題
[摘要]近日，中國科學院長春應用化學研究所，聯合中國科學院深海科學與工程研究所，研制出可承受全海深壓力的高比能可充電鋰電池組，并完成了海試驗證。
隨著深海探測能力的不斷提升，對新一代深海電池的要求也愈加嚴苛：需要在極端高壓、有限載重的條件下攜帶更大電量。
近日，中國科學院長春應用化學研究所，聯合中國科學院深海科學與工程研究所，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物質會腐蝕電池極耳，導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，以隔絕海水。
在陽光無法觸及的一萬米深海，每平方厘米大概會產生一噸的壓力，這對電源的容器外殼和密封結構提出了極高的要求。
深海電池系統一般采用充油式方案，以兼顧外殼重量和保持箱體內外壓力的平衡。
隨著深海探測裝置的下潛和上浮，動態變化的壓力也給電芯本體、電子元器件、電池管理系統、電源系統帶來了較大的挑戰。
▲自承壓充油式深海電源系統
深海電池的能量密度，對深海探測裝置的作業能力起到決定性作用。能量密度的提升，能大幅延長作業時間、擴大作業半徑。
隨著電池行業的發展，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、結構設計、制造工藝等多方面進行綜合優化，同時兼顧成本和安全性。
02
能量密度
突破400Wh/kg
科研團隊攻克了高比能鋰離子電芯本體技術，通過對關鍵電極材料進行改性、優化電解液調配、改進制造工藝等，實現了電芯能量密度達400Wh/kg以上的技術跨越，大幅提升了電池的能量存儲能力。
通過篩選高耐壓電子元器件并改進集成工藝、優化電池管理系統架構，科研團隊構建了滿足深海復雜工況使用的智能能量管理網絡，實現了對110V深海電源系統中電池狀態的實時監控和智能調節，可依據電池的實時狀態作出精確響應，確保電池在深海復雜多變的工況下穩定、高效、安全運行。
科研團隊解決了充油壓力補償式電池系統在121MPa深海極端壓力環境下的技術挑戰，成功實現了高比能鋰電池在深海環境中的穩定運行。
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驗證，水下累計工作時間超過100小時。
▲深海電源系統海試。圖片來源：中國科學院深海科學與工程研究所
該技術體系實現了深海裝備能源系統在輕量化（較相同規格下的傳統電源方案減重約40%）、高可靠性、長續航能力（單次下潛作業周期延長50%）等核心指標上的突破。
這標志著我國成為全球首個將400Wh/kg級高比能可充電鋰電池應用于深海裝備的國家，為深海探測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境下的能源供給難題，為我國深海資源開發、海洋科學研究及國防安全等戰略領域提供了關鍵技術支撐。
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