人工智能“超級顯微鏡”揭示全固態(tài)鋰電池失效機制的概念圖。中國科學(xué)院金屬研究所/供圖

  王春陽研究員介紹說,高安全性和高能量密度的全固態(tài)鋰電池有望成為超越液態(tài)鋰離子電池的下一代電池技術(shù),從而解決困擾新能源汽車的“安全焦慮”和“續(xù)航焦慮”。然而,電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性一直是困擾固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸,尤其是層狀氧化物正極與固態(tài)電解質(zhì)的界面不穩(wěn)定性會誘發(fā)正極材料結(jié)構(gòu)退化,從而造成全固態(tài)鋰電池的性能急劇衰減。

  最新開展的這項研究表明,全固態(tài)電池中層狀氧化物正極材料中晶格失氧、滑移、碎化共同誘發(fā)了層狀氧化物的結(jié)構(gòu)退化和失效。該機制系首次在層狀氧化物正極材料中被觀察到,它拓展了層狀氧化物正極的相變理論,有望為全固態(tài)電池的正極與電解質(zhì)界面優(yōu)化設(shè)計提供重要理論支撐。

全固態(tài)鋰電池層狀氧化物正極的原子尺度失效機制總結(jié)示意圖。中國科學(xué)院金屬研究所/供圖

  王春陽指出,透射電子顯微鏡是當(dāng)今物質(zhì)科學(xué)研究中最強大的材料表征儀器之一。人工智能與先進透射電鏡表征技術(shù)的結(jié)合,為科學(xué)家更深入地認(rèn)識材料提供了前所未有的強大手段,近年來已逐漸成為材料電子顯微學(xué)發(fā)展的重要方向。

  在透射電子顯微成像中引入人工智能算法,可以實現(xiàn)對原子尺度的晶體結(jié)構(gòu)、缺陷、界面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度成像和智能化解析。人工智能用于透射電鏡表征技術(shù),可顯著提高實驗效率、加深對材料本質(zhì)的認(rèn)識、加速科學(xué)發(fā)展進程,將在材料基礎(chǔ)研究和新材料研發(fā)方面發(fā)揮重要作用。

  隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,它將與先進表征技術(shù)進一步交叉融合?!跋冗M表征技術(shù)驅(qū)動的材料研發(fā)”甚至有望成為新的科學(xué)研究范式,將為推動全球材料科學(xué)、能源科學(xué)、納米技術(shù)的發(fā)展提供新的動力。

層狀氧化物正極中剪切相界面結(jié)構(gòu)的精細(xì)原子構(gòu)型分析示意圖。中國科學(xué)院金屬研究所/供圖

  據(jù)了解,王春陽長期致力于利用先進透射電子顯微技術(shù)解決電池材料中的核心科學(xué)問題,由于在該領(lǐng)域的突出研究貢獻(xiàn),他先后榮獲美國電子顯微學(xué)會博后學(xué)者獎,并入選《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)榜單。

  中國科學(xué)院金屬研究所透露,未來,王春陽將帶領(lǐng)一支平均年齡不到30歲的研究隊伍,繼續(xù)發(fā)揮該所在電子顯微學(xué)與材料研究方面的優(yōu)勢,圍繞全固態(tài)鋰電池材料結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系中的核心科學(xué)問題開展基礎(chǔ)研究,為推動全固態(tài)電池的優(yōu)化設(shè)計和新材料研發(fā)作貢獻(xiàn)。(完)


 
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