在全球能源科技革新的浪潮中,高比能
電池的研發(fā)已成為國防軍工及社會經(jīng)濟領(lǐng)域不可或缺的一環(huán),能夠為特種裝備與新能源汽車提供更持久、更穩(wěn)定的動力支持,對于強化武器裝備作戰(zhàn)能力、推動社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。高比能電極材料作為提升
電池能量密度的關(guān)鍵,其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是儲能材料領(lǐng)域追求的永恒主題。硅負(fù)極具有高比容優(yōu)勢(理論容量4200 mAh/g),有望超越傳統(tǒng)體系,大幅提高電池能量密度(>500 Wh/kg),契合未來儲能發(fā)展需求。然而,硅負(fù)極在電化學(xué)過程中物質(zhì)交換引發(fā)結(jié)構(gòu)畸變,導(dǎo)致服役壽命與高比能之間呈現(xiàn)出反向制約關(guān)系,嚴(yán)重制約了其規(guī)模應(yīng)用。
針對上述問題,宋江選教授團隊提出高比能二次電池仿生設(shè)計策略,構(gòu)建了兼具“高強韌-快導(dǎo)鋰”的仿貝殼結(jié)構(gòu)硅電極,設(shè)計了仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能粘合劑,解決了硅電極因大體積膨脹/收縮引發(fā)的離子輸運失效與結(jié)構(gòu)崩塌問題,揭示力-電多物理場下高比容合金負(fù)極穩(wěn)定化機制,為實用化硅負(fù)極提供了理論支撐。相關(guān)成果分別以《仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)粘合劑助力高比容硅負(fù)極離子輸運和應(yīng)力釋放》(Neural Network Inspired Binder Enables Fast Li-Ion Transport and High Stress Adaptation for Si Anode)為題發(fā)表在國際知名期刊《納米快報》(Nano Letters),以《仿生貝殼結(jié)構(gòu)提升高面容量硅碳負(fù)極強韌性》(Biomimetics-Inspired Architecture Enables the Strength–Toughness of Ultrahigh-Loading Silicon Electrode)為題發(fā)表國際知名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。
以上研究成果以西安交通大學(xué)金屬材料強度國家重點實驗室為第一單位,宋江選教授為論文通訊作者,論文合作成員包括中國航天科技集團第八研究院811所解晶瑩總師等人。該研究得到了科技部/工信部能源項目、國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃等資助,涉及到的表征及測試工作得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心和材料學(xué)院分析測試中心的大力支持。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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