科研进展 国、日本和美国等的相关领域专家编写。 上述研究获得了国家自然科学基金、山东省 杰出青年基金、所长创新基金和山东省科技发展 计划等支持。 相关发表文章和著作 1. Thermophilic microorganisms, Edited by LI Fu- Li. England: Caister Academic Press. 2015 2. Brassicibacter thermophilus sp.nov,,a thermophilic bacterium isolated from coastal sediment International Journal of Systematic and Evolutionary S4800 30kV 8 4mm X600 SE(M, LAO 65:2870 1 Defluviitalea phaphyphila降解侵入海带细胞 3. Defluviitalea phaphyphila sp. nov a novel 壁后形成小孔的扫描电镜照片 thermophilic bacterium that degrades brown algae Applied and Environmental Microbiology, 2016, doi 10.1128/AEM03297-15 副研究员等从海洋环境中分离到大量嗜热菌新 4. Biochemical and structural characterization of 种,其中 Defluviitalea phaphy phila可高效发酵 alginate lyases: An update, Current biotechnology,2015, 利用褐藻产乙醇12g/L,转化率达0.25。通过基DOI:10.2174/2211550104666150723231423 因组分析和关键酶表征,发现该菌具有一个完 整的褐藻(褐藻胶、甘露醇和海带多糖)降解 利用系统,相关成果于近日在线发表于 Applied and Environmental Microbiology (iet al, 2016, doi 10.1128/AEM.03297-15;图1)。褐藻胶降解途径 中包含若干具有高温酶活的褐藻胶裂解酶,与之 前报道的褐藻胶酶相比,这些酶具有更高的催化 效率和优良的热稳定性。酶法降解褐藻胶条件温 和,绿色安全,酶降解过程中可保持寡糖的天然 不饱和构型和生物学活性,在寡糖生产中具有优 势,有较大的工业应用前景。同时研究发现了 条不同于传统方式的甘露醇代谢途径。 图2 Thermophilic Microorganisms封面 李福利研究员近期受邀编辑《 Thermophilic Microorganisms》一书,由 Caister academic press 正式出版(图2)。该书包含了嗜热微生物的生态多 样性、热稳定生物催化剂、嗜热病毒、DNA复 制以及代谢工程。该书由来自加拿大、中国、德 靖源聚能9
Research progress 科研进展 9 副研究员等从海洋环境中分离到大量嗜热菌新 种，其中Defluviitalea phaphyphila可高效发酵 利用褐藻产乙醇12 g/L，转化率达0.25。通过基 因组分析和关键酶表征，发现该菌具有一个完 整的褐藻（褐藻胶、甘露醇和海带多糖）降解 利用系统，相关成果于近日在线发表于Applied and Environmental Microbiology (Jiet al, 2016, doi: 10.1128/AEM.03297-15; 图1）。褐藻胶降解途径 中包含若干具有高温酶活的褐藻胶裂解酶，与之 前报道的褐藻胶酶相比，这些酶具有更高的催化 效率和优良的热稳定性。酶法降解褐藻胶条件温 和，绿色安全，酶降解过程中可保持寡糖的天然 不饱和构型和生物学活性，在寡糖生产中具有优 势，有较大的工业应用前景。同时研究发现了一 条不同于传统方式的甘露醇代谢途径。 李福利研究员近期受邀编辑《Thermophilic Microorganisms》一书，由Caister Academic Press 正式出版(图2)。该书包含了嗜热微生物的生态多 样性、热稳定生物催化剂、嗜热病毒、DNA复 制以及代谢工程。该书由来自加拿大、中国、德 国、日本和美国等的相关领域专家编写。 上述研究获得了国家自然科学基金、山东省 杰出青年基金、所长创新基金和山东省科技发展 计划等支持。 相关发表文章和著作: 1. Thermophilic microorganisms, Edited by LI FuLi, England: Caister Academic Press, 2015. 2. Brassicibacter thermophilus sp. nov., a thermophilic bacterium isolated from coastal sediment, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2015, 65: 2870. 3. Defluviitalea phaphyphila sp. nov., a novel thermophilic bacterium that degrades brown algae, Applied and Environmental Microbiology, 2016, doi: 10.1128/AEM.03297-15. 4. Biochemical and structural characterization of alginate lyases: An update, Current Biotechnology, 2015, DOI: 10.2174/2211550104666150723231423. 图1 Defluviitalea phaphyphila 降解侵入海带细胞 壁后形成小孔的扫描电镜照片 图2 Thermophilic Microorganisms封面
科研进展 esearch progress 动力电池聚合物电解质材料研发取得重要 阶段进展 青岛储能研究院采用“刚柔并济”的电解质设计理念实现了在高能量密度聚合物电解质电池关 键材料研制方面的一系列进展 随着全球能源短缺、环境污染不断加剧,大力开 发以纯电动汽车为代表的新型近零排放汽车是国家确定 的发展战略之一。高效、安全、可靠的动力电池是制约 新型近零排放汽车产业的瓶颈,也是新能源汽车的“短 不性传输材料 板”之一。当前动力电池存在的最大安全隐患是电池热 失控,青岛储能产业技术研究院在开发高安全性动力电 刚性骨架 池聚合物电解质材料体系解决该安全问题方面取得了重 要阶段进展,并正快速推进其产业化进程 现有的锂离子电池液体电解质体系,不能满足动 力电池对高能量、高功率和安全性等多方面的要求。 青岛储能产业技术研究院研发团队提出了“刚柔并 图1“刚柔并济”聚合物电解质的设计理念 济”的研发思路,开发出一系列新型聚合物电解质体 系,很好的解决了上述瓶颈问題,同时大幅提升了安合物电解质体系,实现刚柔的对立统一,来实现力学强 全使用性能。“刚柔并济”就是使用“刚”性骨架材度、耐热性能、电位窗口、界面稳定性和离子导电率等 料,如聚酰亚胺、芳纶、聚芳砜酰胺、玻璃纤维和纤综合性能的提升。图1是“刚柔并济”凝胶聚合物电解质 维素等( Nano Energy,2014.10,277287, Solid state的设计理念 Ionics,2013,245-246,49-55;232,44-48, Journal o 传统的偏氟乙烯类体系虽然具有高的稳定性和较 the Electrochemical Society,2013,161,A1032-A1038:高的电位窗口等优点,但离子导电率较低、湿态下其力 Progress in Polymer Science,2015,43,136-164)无纺学强度和热稳定性很差,为改善传统的偏氟乙烯类的凝 布材料,改善电池的力学性能和尺寸热稳定性能;利胶聚合物电解质的性质,研究团队采用其与聚酰亚胺 用“柔”性离子传输材料,如聚环氧乙烷(PEO)、聚和聚砜酰胺等无纺布材料纳米尺度复合,刚柔并济 偏氟乙烯一六氟丙烯PⅴDFHP、聚甲基丙烯酸甲酯浑然一体,提升尺寸热稳定性和力学强度,实现其综 PMMA、氰基内烯酸酯和聚碳酸内烯酯(PPC)等赋合性能的提升( Journal of the Electrochemical Society 予优异的离子传导性和界面稳定性,通过“并济”即两2013.160.A769A74: Macromolecular Materials and 种或多种材料复合达到多赢的效果,实现综合性能的大 Engineering.2013,298,806-813; ACS Appl. Mater 幅提高,进而满足动力电池的要求。 Interfaces,2013,5,128-134);针对其锂离子迁移系 (一)“刚柔并济”的复合凝胶聚合物电解质 数低的问题,研发了新型的单离子聚合物硼酸锂盐作为 敬天惜物、取法自然,探究刚柔并济”的复合聚表面增强材料( Coordination Chemistry Reviews,2015
10 科研进展 Research progress 动力电池聚合物电解质材料研发取得重要 阶段进展 青岛储能研究院采用“刚柔并济”的电解质设计理念实现了在高能量密度聚合物电解质电池关 键材料研制方面的一系列进展。 随着全球能源短缺、环境污染不断加剧，大力开 发以纯电动汽车为代表的新型近零排放汽车是国家确定 的发展战略之一。高效、安全、可靠的动力电池是制约 新型近零排放汽车产业的瓶颈，也是新能源汽车的“短 板”之一。当前动力电池存在的最大安全隐患是电池热 失控，青岛储能产业技术研究院在开发高安全性动力电 池聚合物电解质材料体系解决该安全问题方面取得了重 要阶段进展，并正快速推进其产业化进程。 现有的锂离子电池液体电解质体系，不能满足动 力电池对高能量、高功率和安全性等多方面的要求。 青岛储能产业技术研究院研发团队提出了“刚柔并 济”的研发思路，开发出一系列新型聚合物电解质体 系，很好的解决了上述瓶颈问题，同时大幅提升了安 全使用性能。“刚柔并济”就是使用“刚”性骨架材 料，如聚酰亚胺、芳纶、聚芳砜酰胺、玻璃纤维和纤 维素等（Nano Energy, 2014, 10, 277-287; Solid State Ionics, 2013, 245-246, 49-55；232, 44-48; Journal of the Electrochemical Society, 2013, 161, A1032-A1038; Progress in Polymer Science, 2015, 43, 136-164）无纺 布材料，改善电池的力学性能和尺寸热稳定性能；利 用“柔”性离子传输材料，如聚环氧乙烷(PEO)、聚 偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、氰基丙烯酸酯和聚碳酸丙烯酯（PPC）等赋 予优异的离子传导性和界面稳定性，通过“并济”即两 种或多种材料复合达到多赢的效果，实现综合性能的大 幅提高，进而满足动力电池的要求。 （一）“刚柔并济”的复合凝胶聚合物电解质 敬天惜物、取法自然，探究“刚柔并济”的复合聚 合物电解质体系，实现刚柔的对立统一，来实现力学强 度、耐热性能、电位窗口、界面稳定性和离子导电率等 综合性能的提升。图1是“刚柔并济”凝胶聚合物电解质 的设计理念。 传统的偏氟乙烯类体系虽然具有高的稳定性和较 高的电位窗口等优点，但离子导电率较低、湿态下其力 学强度和热稳定性很差，为改善传统的偏氟乙烯类的凝 胶聚合物电解质的性质，研究团队采用其与聚酰亚胺 和聚砜酰胺等无纺布材料纳米尺度复合，刚柔并济、 浑然一体，提升尺寸热稳定性和力学强度，实现其综 合性能的提升（Journal of the Electrochemical Society, 2013, 160, A769-A774; Macromolecular Materials and Engineering, 2013, 298, 806-813；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 128-134）；针对其锂离子迁移系 数低的问题，研发了新型的单离子聚合物硼酸锂盐作为 表面增强材料（Coordination Chemistry Reviews, 2015, 图1 “刚柔并济”聚合物电解质的设计理念；
科研进展 第一次针刺不起火、不爆炸 第二次针剩不起火、不爆炸 第三次针刺不起火、不爆炸 第四次针刺不起火、不爆炸 室温聚碳酸酯基全固态聚合物电解质的 图2全固态聚合物锂电池的四次针刺照片 制备流程图 73; Journal of Materials Chemistry A,2015,3,岛储能院立足科学问题本身,从影响离子电导率的分子 773-779)提高其离子迁移数和相容性,“刚柔并济、结构出发,结合离子传输机理与动力学传输的多尺度机 相辅相成”提升电池系统综合性能。 制,设计出一款无定形的聚碳酸酯基室温全固态聚合物 传统的聚丙烯腈的聚合物电解质具有较高的离电解质,经表征发现:该款全固态聚合物电解质室温电 子导电率优点,但物性较脆加工性能不好,研发团导率可达到104Skm数量级,电化学窗口为46V倍率性 队采用新型的聚合物电解质基体( ACS Appl. Mater.能较好,室温长循环1000圈容量保持率为9%。相关研 interfaces,2015,7,4720-4727; Electrochim.Acta2015,究成果发表在国际期刊( Advanced Energy Materials,DO: 157,191-198; Electrochem.Comm.DOl:10.1016/10.1002/aenm201501082)。 .elecom2015.10009),结合“刚柔并济”的设计理念 该研究团队制备的全固态聚合物锂电池用针刺试 实现了腈基聚合物电解质加工性能等综合性能的提升。验验证其安全性能(图2)。通过测试发现:组装的6Ah大 (二)高安全性的全固态聚合物电解质 容量三元体系全固态聚合物锂电池显示出极佳的安全性 凝胶的聚合物电池在提高动力电池的安全性方面起能,经四次针刺后,全固态锂电池不起火,不爆炸,这 了重要的作用,但仍采用少量易挥发和燃烧的碳酸酯类是传统的液态锂电池所无法比拟的。这再次证明我们 溶剂,在高温或极端条件下使用时仍存在一定的安全隐“刚柔并济”电解质体系的在提升高能量密度锂电池安 患,难易完全满足电动汽车对动力锂电池在高能量和安全性能的优势。 全性能等方面的苛刻要求。因此,开发新型高安全性全青岛储能研究院采用“刚柔并济”的电解质设计理 固态电解质体系对提升髙能量密度动力锂电池的综合性念实现了在高能量密度聚合物电解质电池关键材料研制 能迫在眉睫。 方面的一系列进展,并与中天科技公司合作开发大容量 针对传统的PEO体系的较低的电位窗口和较差的高安全动力或者储能用单体电池(能量密度达到300WhM 尺寸热稳定性和力学强度,我们采用高电位的氰基丙烯kg)的产业化技术,协力推进高能量高安全的全固态动 酸酯作为提升电位窗口材料;同时采用热固性的纤维素力电池的产业化。同时研发团队将此设计理念应用于积 无纺膜作为刚性骨架,提供尺寸热稳定性和部分改善力极探索新一代的超高能量密度的锂空二次电池的开发, 学强度,开发出一款力学强度高,电化学窗口宽以及尺且已有可喜进展。( Adv. science,2015,DOI:10.100 寸热稳定性好的高安全性全固态聚合物电解质,相关ads201500092)。 研究成果发表在国际期刊( Scientific Reports,2014,4, (以上工作得到中国科学院纳米专项、中科院青岛 6272)。针对PEO的室温离子导电率较低的瓶颈问题,青能源所135项目支持和山东省前瞻性专题基金支持) 靖瓴聚麓11
Research progress 科研进展 11 292, 56-73 ；Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3， 7773-7779）提高其离子迁移数和相容性，“刚柔并济、 相辅相成”提升电池系统综合性能。 传统的聚丙烯腈的聚合物电解质具有较高的离 子导电率优点，但物性较脆加工性能不好，研发团 队采用新型的聚合物电解质基体（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 4720-4727；Electrochim. Acta 2015, 157, 191-198； Electrochem. Comm. DOI : 10.1016/ j.elecom.2015.10.009），结合“刚柔并济”的设计理念， 实现了腈基聚合物电解质加工性能等综合性能的提升。 （二）高安全性的全固态聚合物电解质 凝胶的聚合物电池在提高动力电池的安全性方面起 了重要的作用，但仍采用少量易挥发和燃烧的碳酸酯类 溶剂，在高温或极端条件下使用时仍存在一定的安全隐 患，难易完全满足电动汽车对动力锂电池在高能量和安 全性能等方面的苛刻要求。 因此, 开发新型高安全性全 固态电解质体系对提升高能量密度动力锂电池的综合性 能迫在眉睫。 针对传统的PEO体系的较低的电位窗口和较差的 尺寸热稳定性和力学强度，我们采用高电位的氰基丙烯 酸酯作为提升电位窗口材料；同时采用热固性的纤维素 无纺膜作为刚性骨架，提供尺寸热稳定性和部分改善力 学强度，开发出一款力学强度高，电化学窗口宽以及尺 寸热稳定性好的高安全性全固态聚合物电解质，相关 研究成果发表在国际期刊（Scientific Reports, 2014, 4, 6272)。 针对PEO的室温离子导电率较低的瓶颈问题，青 岛储能院立足科学问题本身，从影响离子电导率的分子 结构出发，结合离子传输机理与动力学传输的多尺度机 制，设计出一款无定形的聚碳酸酯基室温全固态聚合物 电解质，经表征发现：该款全固态聚合物电解质室温电 导率可达到10-4S/cm数量级，电化学窗口为4.6 V,倍率性 能较好，室温长循环1000圈容量保持率为90%。相关研 究成果发表在国际期刊(Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.201501082)。 该研究团队制备的全固态聚合物锂电池用针刺试 验验证其安全性能(图2)。通过测试发现：组装的6 Ah大 容量三元体系全固态聚合物锂电池显示出极佳的安全性 能，经四次针刺后，全固态锂电池不起火，不爆炸，这 是传统的液态锂电池所无法比拟的。这再次证明我们 “刚柔并济”电解质体系的在提升高能量密度锂电池安 全性能的优势。 青岛储能研究院采用“刚柔并济”的电解质设计理 念实现了在高能量密度聚合物电解质电池关键材料研制 方面的一系列进展，并与中天科技公司合作开发大容量 高安全动力或者储能用单体电池（能量密度达到300 Wh/ kg）的产业化技术，协力推进高能量高安全的全固态动 力电池的产业化。同时研发团队将此设计理念应用于积 极探索新一代的超高能量密度的锂空二次电池的开发， 且已有可喜进展。（Adv. Science， 2015，DOI: 10.1002/ advs.201500092）。 （以上工作得到中国科学院纳米专项、中科院青岛 能源所135项目支持和山东省前瞻性专题基金支持） 图2. 全固态聚合物锂电池的四次针刺照片 室温聚碳酸酯基全固态聚合物电解质的 制备流程图
技合作【S&T 研究所与青岛华仁新材料科技发展有限 公司签署合作框架协议 10月16日,研究所与青岛华仁新材料科技发展有研究中心还将为政府高效髙值利用石墨资源、石墨矿区 限公司共同举行合作框架协议签订仪式。研究所副所长有序开采整治、做大做强当地实体经济提供技术咨询 彭辉与青岛华仁新材料科技发展有限公司总经理马海岩产业咨询等。 代表双方签约。青岛华仁新材料科技发展有限公司顾问 王冰涛、副总经理钱琨,及研究所相关职能部门负责人 出席签约仪式。 根据协议,合作双方将组建所企共建的“青岛中 上法击过是合作框架协签约仪式 科华仁石墨新材料产业技术研究中心”,重点针对平度 市石墨矿产资源,进行石墨资源洁净开采、高值化利用 以及石墨新材料相关的研发。合作双方将建设石墨新材 料产业孵化器,汇聚国内外石墨高新科技成果在平度落 地,推动当地石墨资源与产业的“三创”融合。同时 研究所与济宁化学工业区签署战略合作协议 12月23日,研究所与济宁化学工业经济技术开发 济宁化学工业开发区成立于2009年5月,总投资超 区共同参加了济宁金乡县举办的“2015年百名企业家300亿元,园区相继被命名为“中国新型煤基化工产业 金乡行”暨招商项目集中签约活动。研究所副所长彭基地”、“山东省新型工业化产业示范基地”、“山 辉与济宁化学工业区管委会主任王允东代表双方签订东半岛蓝色经济海洋产业联动发展示范基地”。连续 了“关于合作建设绿色材料与化工科研基地及科技项两年被评选为山东省先进化工园区、全国先进化工园 目的协议”。金乡县县委副书记、县长董冰等出席活区,是2014、2015年中国化工园区20强 动,并与彭辉副所长举行会谈。董冰对研究所和济宁 化工区的签约表示欢迎,并向彭辉介绍了金乡的经济 社会发展情况。彭辉介绍了研究所的基本情况,对研 究所和济宁化工区的合作充满信心,表示将广泛寻求 研究所与济宁化工区的结合点,实施成果孵化,实现 创新驱动,互利共赢,促进研究所科研成果产业化及 济宁化工行业的发展
科技合作 S&T cooperation 12 研究所与青岛华仁新材料科技发展有限 公司签署合作框架协议 10月16日，研究所与青岛华仁新材料科技发展有 限公司共同举行合作框架协议签订仪式。研究所副所长 彭辉与青岛华仁新材料科技发展有限公司总经理马海岩 代表双方签约。青岛华仁新材料科技发展有限公司顾问 王冰涛、副总经理钱琨，及研究所相关职能部门负责人 出席签约仪式。 根据协议，合作双方将组建所企共建的“青岛中 科华仁石墨新材料产业技术研究中心”，重点针对平度 市石墨矿产资源，进行石墨资源洁净开采、高值化利用 以及石墨新材料相关的研发。合作双方将建设石墨新材 料产业孵化器，汇聚国内外石墨高新科技成果在平度落 地，推动当地石墨资源与产业的“三创”融合。同时， 研究中心还将为政府高效高值利用石墨资源、石墨矿区 有序开采整治、做大做强当地实体经济提供技术咨询、 产业咨询等。 研究所与济宁化学工业区签署战略合作协议 12月23日，研究所与济宁化学工业经济技术开发 区共同参加了济宁金乡县举办的“2015年百名企业家 金乡行”暨招商项目集中签约活动。研究所副所长彭 辉与济宁化学工业区管委会主任王允东代表双方签订 了“关于合作建设绿色材料与化工科研基地及科技项 目的协议”。金乡县县委副书记、县长董冰等出席活 动，并与彭辉副所长举行会谈。董冰对研究所和济宁 化工区的签约表示欢迎，并向彭辉介绍了金乡的经济 社会发展情况。彭辉介绍了研究所的基本情况，对研 究所和济宁化工区的合作充满信心，表示将广泛寻求 研究所与济宁化工区的结合点，实施成果孵化，实现 创新驱动，互利共赢，促进研究所科研成果产业化及 济宁化工行业的发展。 济宁化学工业开发区成立于2009年5月，总投资超 300亿元，园区相继被命名为“中国新型煤基化工产业 基地”、“山东省新型工业化产业示范基地”、“山 东半岛蓝色经济海洋产业联动发展示范基地”。连续 两年被评选为山东省先进化工园区、全国先进化工园 区，是2014、2015年中国化工园区20强
科技合作 研究所与威海市海洋渔业局共建“海洋 生物与碳汇研发基地” 10月29日,研究所与威海市海洋渔业局在“东北亚研究所在海洋科技产业方面的现状与威海市海洋科技 渔业经贸合作峰会”期间举行了共建“威海海洋生物与产业的需求等进行了深入探讨交流,初步达成合作意 碳汇研发基地”签约仪式,硏究所副所长彭辉与威海市向。近期威海市科技局将带队回访,以推动双方在海 海洋渔业局局长王焕孟代表双方签订协议。山东省副省洋科技产业领域的深人合作。 长赵润田,威海市市长张惠,省海洋与渔业厅厅长王守 信等领导出席了签约活动,研究所海洋碳汇团队负责人 张永雨等陪同参加 海洋生物与碳汇研发基地的成立将服务于地方海洋 生态环境保护与经济可持续发展需求,建设海洋碳汇观 测站和观测平台,重点开展海洋蓝碳、海洋生物资源 海洋能源与海洋生物基材料等硏发工作,推动研究所海 洋科技成果转移转化,服务于科技兴海十三五海洋战略 发展需求。 签约仪式后,彭辉副所长应邀率研究所技术转 移部、海洋生物与碳汇中心等部门一行三人访问了威 海市科技局,与科技局局长王厚全、副局长王杰等就 靖聚能13
S&T cooperation 科技合作 13 研究所与威海市海洋渔业局共建“海洋 生物与碳汇研发基地” 10月29日，研究所与威海市海洋渔业局在“东北亚 渔业经贸合作峰会”期间举行了共建“威海海洋生物与 碳汇研发基地”签约仪式，研究所副所长彭辉与威海市 海洋渔业局局长王焕孟代表双方签订协议。山东省副省 长赵润田，威海市市长张惠，省海洋与渔业厅厅长王守 信等领导出席了签约活动，研究所海洋碳汇团队负责人 张永雨等陪同参加。 海洋生物与碳汇研发基地的成立将服务于地方海洋 生态环境保护与经济可持续发展需求，建设海洋碳汇观 测站和观测平台，重点开展海洋蓝碳、海洋生物资源、 海洋能源与海洋生物基材料等研发工作，推动研究所海 洋科技成果转移转化，服务于科技兴海十三五海洋战略 发展需求。 签约仪式后，彭辉副所长应邀率研究所技术转 移部、海洋生物与碳汇中心等部门一行三人访问了威 海市科技局，与科技局局长王厚全、副局长王杰等就 研究所在海洋科技产业方面的现状与威海市海洋科技 产业的需求等进行了深入探讨交流，初步达成合作意 向。近期威海市科技局将带队回访，以推动双方在海 洋科技产业领域的深入合作