专题
[摘要]近日，中国科学院长春应用化学研究所，联合中国科学院深海科学与工程研究所，研制出可承受全海深压力的高比能可充电锂电池组，并完成了海试验证。
随着深海探测能力的不断提升，对新一代深海电池的要求也愈加严苛：需要在极端高压、有限载重的条件下携带更大电量。
近日，中国科学院长春应用化学研究所，联合中国科学院深海科学与工程研究所，研制出可承受全海深压力的高比能可充电锂电池组，并完成了海试验证。
01
每平方厘米
承受一吨以上压力
海水中的盐分和其他化学物质会腐蚀电池极耳，导致电芯失效甚至爆炸。因此，深海电源中的锂电池需要放置在玻璃球或者金属箱体等密闭容器内，以隔绝海水。
在阳光无法触及的一万米深海，每平方厘米大概会产生一吨的压力，这对电源的容器外壳和密封结构提出了极高的要求。
深海电池系统一般采用充油式方案，以兼顾外壳重量和保持箱体内外压力的平衡。
随着深海探测装置的下潜和上浮，动态变化的压力也给电芯本体、电子元器件、电池管理系统、电源系统带来了较大的挑战。
▲自承压充油式深海电源系统
深海电池的能量密度，对深海探测装置的作业能力起到决定性作用。能量密度的提升，能大幅延长作业时间、扩大作业半径。
随着电池行业的发展，深海电池的能量密度也在不断提升：从25Wh/kg铅酸电池、55Wh/kg银锌电池，到120Wh/kg磷酸铁锂电池，以及近几年的280Wh/kg硅碳电池。
然而，锂电池能量密度的提升并非一蹴而就，需要在材料、结构设计、制造工艺等多方面进行综合优化，同时兼顾成本和安全性。
02
能量密度
突破400Wh/kg
科研团队攻克了高比能锂离子电芯本体技术，通过对关键电极材料进行改性、优化电解液调配、改进制造工艺等，实现了电芯能量密度达400Wh/kg以上的技术跨越，大幅提升了电池的能量存储能力。
通过筛选高耐压电子元器件并改进集成工艺、优化电池管理系统架构，科研团队构建了满足深海复杂工况使用的智能能量管理网络，实现了对110V深海电源系统中电池状态的实时监控和智能调节，可依据电池的实时状态作出精确响应，确保电池在深海复杂多变的工况下稳定、高效、安全运行。
科研团队解决了充油压力补偿式电池系统在121MPa深海极端压力环境下的技术挑战，成功实现了高比能锂电池在深海环境中的稳定运行。
该高比能深海充油自承压式锂离子电池组，在南海海域成功完成多次深海试验验证，水下累计工作时间超过100小时。
▲深海电源系统海试。图片来源：中国科学院深海科学与工程研究所
该技术体系实现了深海装备能源系统在轻量化（较相同规格下的传统电源方案减重约40%）、高可靠性、长续航能力（单次下潜作业周期延长50%）等核心指标上的突破。
这标志着我国成为全球首个将400Wh/kg级高比能可充电锂电池应用于深海装备的国家，为深海探测装备提供了变革性的轻量化能源解决方案，有效解决了深海高压环境下的能源供给难题，为我国深海资源开发、海洋科学研究及国防安全等战略领域提供了关键技术支撑。
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