低速電動汽車及新能源電網的迅速發(fā)展加大了對低成本新型電池的需求，目前鉛酸電池以其成熟的技術及低廉的價格占據(jù)了低速電動汽車動力電源、燃油車啟動電源的絕大部分市場份額。但廢舊鉛酸電池給環(huán)境帶來巨大的污染隱患，我國已明確制定了逐步替代鉛酸蓄電池的政策。然而，由于商品鋰離子電池的較高成本，造成其在低成本電池領域的發(fā)展受限。因此，建立低成本、高效能的電池體系是加速無鉛化步伐的關鍵。

動力鋰離子電池處在發(fā)展的黃金階段，提前進行新型低成本高性能電池體系的布局，搶奪基礎研究及產業(yè)化技術的制高點是我國在未來幾十年能源爭奪戰(zhàn)中保持領先的關鍵。基于前期在高能量密度固態(tài)鋰離子電池中取得的進展，依托我國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能技術研究院，以新型電池關鍵材料的創(chuàng)新性設計及工藝優(yōu)化方面為切入點，多年來進行深入系統(tǒng)的應用基礎研究，最近已取得階段性進展。

在我國工程院院士陳立泉的指導下，青島儲能院首次發(fā)現(xiàn)超高濃度有機金屬鹽基電解液可有效改善鋅電池充電效率低和循環(huán)壽命差的弊端，據(jù)此開發(fā)出了長循環(huán)壽命、高能量密度新型鋅二次電池（Electrochem.Commun.,2016,69,6）。同時，創(chuàng)新性地通過多價骨架電極新結構的設計，將鋅電池器件的有效充電大大縮短（ACSAppl.Mater.Interface,2015,7,26396）。電極-電解液的兩相界面相容性一直以來是鋅二次電池的應用和基礎研究的難點，青島儲能院首次利用熱可逆凝聚合物突破了該技術瓶頸，并創(chuàng)新性地提出了“低溫自修復”的理念，解決了電池界面的失效問題（Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,7871）。

基于前期的應用基礎研究和技術開發(fā)，青島儲能院已經突破鋅電池集成和中試裝備方面的技術瓶頸，成功開發(fā)出大容量、低成本的新型鋅二次電池，器件能量密度>40Wh/kg，循環(huán)壽命>500次，成本<0.7元/Wh，并通過國標要求的穿釘及擠壓等苛刻實驗。實驗數(shù)據(jù)表明性能優(yōu)異的新型鋅電池有望應用于低速電動汽車動力電源、規(guī)模儲能及柔性儲能器件特種領域。

鎂二次電池是低成本電池無鉛化的另一重要解決方法。青島擁有豐富的鎂資源優(yōu)勢，具有發(fā)展鎂電池得天獨厚的優(yōu)勢。然而，鎂二次電池目前的瓶頸問題在于缺乏穩(wěn)定、無腐蝕性、寬電位窗口電解液體系。青島儲能院創(chuàng)新性提出了硼基大陰離子鎂基電解質的設計理念，并以此為指導合成了具有高離子電導率、非親核性、寬電化學窗口等優(yōu)異性能的鎂系電解質體系，構建了高能量密度鎂電池體系（Adv.EnergyMater.,2017,1602055;Small2017,1702277;Electrochem.Commun.,2017,83,72;J.Mater.Chem.A,2016,4,2277）。在電化學機理方面，揭示了鎂基電極材料形成能變化以及晶體結構演變，為深入理解鎂二次電池快速動力學轉化的具體反應路徑與機制奠定了基礎（Adv.Funct.Mater.,2017,10.1002/adfm.201701718）。該新型鎂二次電池設計理念為未來低成本電池的發(fā)展供應了新思路和方向。

新型鋅、鎂二次電池的前瞻性技術研究勢必加速推動低速電動汽車及低成本電池相關領域綠色無鉛化的進程，為山東乃至我國工業(yè)綠色發(fā)展做出重要技術貢獻。

上述研究項目得到國家杰出青年基金、青島市儲能基金和青島能源所“一三五”項目的大力支持。