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【国有科技成果挂牌】中国科学院宁波材料技术与工程研究所

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中国科学院宁波材料技术与工程研究所

全所员工902人,院士1名,杰青2人,中组部“千人计划”25人,优青5人,浙江省“千人计划”42名,中科院“百人计划”33名,科技部中青年创新领军人才2人,青年拔尖人才3人。目前,整个园区建筑面积约14.4万平方米;拥有价值4亿多元设备齐全、相互配套的研发平台,拥有国家发改委国家工程实验室、省部共建重点实验室和中科院重点实验室等各类平台和实验室14个。

至2015年12月底,共承担了各类科研项目1967项,其中牵头和参与973、863、支撑计划多项,获得竞争性科研经费19.43亿元。累计发表论文2373篇(其中1615篇为SCI论文);专利申请1910件,其中发明专利1711件,国际专利申请累计82件;参与国家标准立项5项,制定行业、协会标准6项。目前,已与600多家企业建立了卓有成效的合作,实现了碳纤维、大豆胶、石墨烯等20多项重大科技成果的产业化。


一、镁空气电池产业化项目

项目简介

镁空气电池以空气中的氧气为正极活性物质,以金属镁为负极活性物质,以NaCl水溶液为电解液。氧气通过阴极侧的气体扩散层到达催化层发生电化学反应生成OH-,OH-通过电解液迁移至阳极与Mg反应生成Mg(OH)2,,并放出电能。镁空气电池的原材料丰富、生产成本低、安全无污染,是一种清洁、高效的绿色能源,被广泛应用于野外供电电源、移动电源、备用电源和应急电源等。在镁空气电池中,阴极的性能直接决定了电池的输出功率,加之其结构与制备工艺相对复杂。因此,阴极的结构和制备工艺为镁空气电池的核心技术。

本项目开发了一种结构简易、制备工艺简单、性能优良的镁空气电池阴极。采用该阴极制备的镁空气电池的功率密度可达80mW/cm2。在此基础上,本项目又开发出80W镁空气电池样机,该样机由5个单体电池串联组成,以AZ31镁合金为阳极,以10%的NaCI溶液为电解液。样机的外观尺寸为200 X 150 X 150 mm3,重量为2.7 kg,能量密度可达430 Wh/kg。目前,镁空气电池的制备工艺已经成熟,且具有核心知识产权,通过相应的合作可进入产品放大生产阶段。

技术优势

本项目产品与传统的铅酸电池、Cd-Ni电池与锂离子电池等相比,具有如下独特的优势:

1、比能量高。本项目所开发的镁空气电池的能量密度可达400Wh/kg,为锂离子电池的2倍,铅酸电池的10倍。

2、无毒、无污染。本项目所开发的镁空气电池的阳极主要成分为Mg与AI,电解液为NaCI水溶液,阴极主要由锰氧化物与碳材料组成,生成的产物为Mg(OH)2。因此,反应物与产物均无毒、无污染,不会对人体和环境造成伤害和污染。

3、质量轻、携带方便。本项目所开发的镁空气电池的阳极为镁合金,阴极为锰氧化物和碳材料,电解液中的水可就地取材。因此电池的质量较轻,便于携带,非常适合应用为便携式电源和野外作业电源。

4、资源广泛、成本低廉。本项目所开发的镁空气电池的阳极采用镁合金,阴极为锰氧化物和碳材料。镁空气电池的主要组成材料的资源丰富、成本较低、适合大规模生产。

5、寿命长。本项目所开发的镁空气电池在运行过程中的衰减较小。当长期放置时,可将电解液与电池分离,使电池干式存放,不会产生自放电现象。

6、可再回收利用。本项目所开发的镁空气电池的反应产物为氢氧化镁,只需经过简单的沉淀过滤即可实现回收,回收后的氢氧化镁经过焙烧还原可重新制成金属镁。

应用市场

1、便携式电源。可为低功率直流负载直接供电,也可为手机、数码相机、笔记本、pad等充电。

2、备用电源。可作为家庭、医院、学校、军队、通讯基站的备用电源。备用时,可在干态长时间储存,使用时,添加一定浓度的盐水即可使用。

3、应急电源。作为易发生自然灾害(如洪水、地震、泥石流等)地区的应急电源,使用时不需要外界电源接入,只需添加一定浓度的盐水即可满足基本供电需求。

合作方式

技术转让、专利许可与合作开发等。

知识产权

1、专利号:CN201520148253.3 一种金属空气电池阴极结构

2、专利号:CN201510125674.9 一种多孔气体扩散层及其制备方法

3、专利号:CN201520194315.4 金属空气电池组

4、专利号:CN201510152783.X 金属空气电池测试装置及测试方法




二、锂离子电池高容量石墨烯-硅碳复合负极材料产业化项目

项目简介

近年来,锂离子电池因为拥有诸多的优点而被广泛地关注,它的应用领域也在不断地扩大,从手机、数码相机、笔记本电脑到现在的电动汽车以及军用产品。目前,商用的锂离子电池负极材料主要是石墨化的碳材料,它的理论容量只有372 mAh/g,但是随着社会的不断发展,各领域对锂离子电池容量以及充放电速率的要求在不断提高,因为它直接影响电子产品的小型化和一些大型仪器备用电源的高倍率充放电性能以及续航能力等问题,所以高性能锂离子电池的发展对于便携式电子设备、电动汽车和其它一些存储设备极为重要,因此开发一款新型负极材料来提高锂离子电池的性能是亚待解决的首要问题。

硅基负极材料越来越被人们重视,也是未来能够替代石墨负极的高容量的复合负极材料最佳产品。石墨烯不仅能够满足对电极材料的导电率高且不与电解质发生分界或电化学反应的要求,而且提供了尽可能大的比表面积、成型性好、易于修饰和复合等诸多方面的优势。本项目以高比能量的硅(~100nm)为活性物主体,采用体积效应小、循环性能好、导电性能好的石墨烯材料为载体,制备新型硅碳嵌入型高容量硅/石墨烯复合材料。与传统的简单的碳包覆、复杂的混合工艺相比,该新型的混合造粒工艺采用一次成型干燥工艺,步骤简单,生产效率大大提高,生产成本大大下降。此外还可以根据产品需要,以任意比与石墨混合制备所需的锂离子电池。

技术优势

1、以高比能量的硅(~100nm)为活性物主体,采用体积效应小、循环性能好、导电性能好的石墨烯材料为载体,制备新型硅碳嵌入型高容量硅/石墨烯复合材料;

2、纳米化的Si颗粒减缓了硅/石墨烯复合材料的膨胀作用;

3、纳米Si颗粒表面一层氧化物可以有效的提高硅/石墨烯复合负极材料的循环性能;

4、石墨烯包覆纳米Si颗粒,石墨烯具有较好的柔韧性和导电性,可以有效地克服由于体积效应引起的电极片破裂现象,从而达到改善其电化学性能的目的;

5、球形结构中含有纳米多孔结构有效的减小纳米Si颗粒在嵌脱锂时的粉化现象,从而大大提高了硅/石墨烯复合负极材料的首次可逆容量。

知识产权

1、专利号:CN201110132767.6 一种硅碳锂离子电池负极材料的制备方法

2、专利号:CN201310272311.9 锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池

3、专利号:CN201310272353.2 锂离子电池负极材料及其制备方法

4、专利号:CN201310272360.2 一种锂离子电池负极材料、及其制备方法及锂离子电池

应用市场

手机、数码相机、笔记本电脑到现在的电动汽车以及军用产品。特别是针对体积小日益增长移动电子电器所需求的锂离子电池,为高能量密度的移动设备和电动汽车用动力锂电池提供了一款优异的负极材料。

合作方式

合作开发、技术转让、专利(实施)许可


三、高安全性钠氯化镍(ZEBRA)电池产业化项目

项目简介

钠氯化镍电池是一种零排放的(ZeroEmission Research Batteries Activities, ZEBRA)绿色长寿命二次电池,其以β-AI203为电解质,NaCI和Ni为正极,充电时NaCI分解,形成的Na离子经电解质传导,在负极生成金属Na。ZEBRA电池主要应用于通讯基站、移动设备的备用电源,大型静态储能电站。

ZEBRA电池特点:原材料来源广,成本低,安全性高。电池组可承受海水浸泡、子弹冲击、高空坠地、燃烧以及耐寒耐热等极端条件;电池循环性好,成熟产品可循环3000次,寿命15年,整体电源能量密度可达100 Wh/kg。

技术优势

项目采取平板型ZEBRA电池的技术路线,与已产业化的管式ZEBRA电池技术相比,电解质厚度由1.5mm降低至0.5mm,通过解决平板型电池密封与电极低温活性两大技术难题,电池的工作温度由300℃降低至200℃。研制出的低温平板型ZEBRA电池,相对于管式电池成本与电池寿命优势明显。使用陶瓷基电解质(钠离子导体)的ZEBRA电池,较锂电池具有原料来源广,成本低,安全性高等优势。

应用市场

电信基站等小型静态设备的kW级后备电源;电网、风电/太阳能电场MW级静态储能电站;汽车、轮船等交通工具的移动动力电源。

知识产权

1、专利号: CN201510078221.5 一种板型结构的钠一金属氯化物电池

2、专利号: CN201510104627.6 一种平板型电极支撑的陶瓷电解质电池及其制备方法

合作方式

技术开发、技术转让、专利(实施)许可等。


四、高能效超薄晶硅新型薄膜太阳能电池产业化项目

项目简介

当前90%以上的太阳能电池是基于180-200 u m厚度硅片的晶硅技术,硅片在总成本里占了较大比重,同时铸锭、切片等硅片制备环节也是高耗能、高污染过程,不符合低能耗和原料节约型发展趋势。利用层转移法制备亚40 w m厚度的单晶硅薄膜太阳能电池,可以达到与体电池一样的效率,同时能大幅度降低生产成本,有望形成对传统光伏技术的颠覆性突破。同时,单晶硅薄膜太阳能电池是唯一能同时具备轻质、柔性、高效(> 20% )、低成本特点的光伏技术,在平流层飞艇、无人机、移动通讯、建筑一体化、空中物联网等领域具有非常重大的应用前景。我所高效光伏技术研究团队经过近3年的研发,在双层多孔硅衬底上利用中压等离子体化学气相沉积技术高速外延单晶硅薄膜,经由层转移过程实现电池的剥离转移和衬底循环使用,制备了效率为15.1%的柔性单晶硅薄膜(28um)电池。该项目利用薄膜的加工技术实现了高效的单晶硅电池,创造性地完成了传统晶硅电池和薄膜电池二者优点的完美结合,实现了哲学上的统一,代表了光伏技术未来发展的一个重要方向。

技术优势

项目采用“多孔硅一外延一剥离转移”的工艺路线,将彻底省去上述传统晶硅电池工艺中铸锭、切片等高能耗步骤,实现柔性轻质晶硅太阳能电池的制备。

该领域具有代袭性的美国初创公司是在刚性衬底上实现了高效的薄膜单晶硅太阳能电池,虽然可以降低成本和实现高效,但是没有实现电池的柔性化和质量的大幅减轻。而本项目则在工艺集成上实现了突破,完成了柔性衬底的生产工艺,首次真正在薄膜电池上同时实现了柔性、轻质和高效。此外,我们独立开发的先进陷光结构可以保证薄膜太阳能电池充分的光吸收,在实现高效的同时还具备良好的广角采光性和弱光工作性能,并且在实际使用过程中比传统的太阳能电池的温度低7度,大大提高了其在实际运行环境中的能量输出,增加了其光伏电站的市场竞争力。

项目核心技术包括高速、低温中压等离子体外延系统,高效微纳陷光结构设计和规模化制备技术开发,高效钝化和背面电极技术,柔性电池加工技术等。目前,项目已经形成工艺全过程相关装备及工艺开发的全面专利布局,具有独立自主知识产权,为高效柔性轻质晶硅太阳能电池的产业化推广奠定了良好基础。

知识产权

1、专利号: CN201310390528.X , PCT/CN2014/085612 一种介质钝化膜和太阳能电池及其制备方法

2、专利号: CN201510084323.8 薄膜自组装制备方法及其装置

3、专利号: CN201410419057.5 等离子体薄膜沉积装置及沉积方法

合作方式

合办公司、合作开发、技术转让、专利(实施)许可等。


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超薄晶硅电池应用领域


合作咨询

联系人:经理

电话:010-62679615

E-mail:ccren@ctex.cn


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