近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所光子信息與能源材料研究中心在固態(tài)電池及類腦計算領(lǐng)域取得新進(jìn)展。
鋰金屬負(fù)極是當(dāng)前具有最高能量密度的鋰電池負(fù)極材料之一，但因其具有高還原性及特殊的取向生長特性，極易穿刺電池、形成短路，造成事故。陶瓷類固態(tài)電解質(zhì)具有較高的力學(xué)模量，因此理論上能夠阻擋鋰金屬穿刺。然而，長期以來，實(shí)驗測試結(jié)果與理論預(yù)測相悖，即陶瓷類固態(tài)電解質(zhì)仍會被鋰枝晶穿透，造成短路。機(jī)制認(rèn)識的短缺制約了固態(tài)電池的發(fā)展。
研究團(tuán)隊開發(fā)了具有納米分辨率的新型原位電化學(xué)測試手段，利用導(dǎo)電原子力顯微探針作為電極誘導(dǎo)鋰枝晶在固態(tài)電解質(zhì)中定向生長，結(jié)合多場測試，揭示了電極界面微尺度漲落對鋰枝晶生長的誘導(dǎo)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了界面阻隔層，阻斷了枝晶的生長，提升了固態(tài)電池性能。團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)了鋰枝晶在固態(tài)電解質(zhì)中的憶阻特性，并基于此設(shè)計了新型憶阻器，為下一代類腦計算芯片的硬件實(shí)現(xiàn)提出了新思路。相關(guān)研究成果以Modulating nano-inhomogeneity at electrode-solid electrolyte interfaces for dendrite-proof solid-state batteries and long-life memristors為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上。深圳先進(jìn)院助理研究員陸子恒與碩士研究生楊紫薇為論文的共同第一作者，陸子恒、副研究員李文杰、研究員楊春雷為論文通訊作者，美國普渡大學(xué)教授Partha P. Mukherjee課題組參與研究。
此外，針對鋰金屬的不均勻沉積問題，團(tuán)隊提出了利用激光燒蝕快速制備多孔銅箔從而緩解電極內(nèi)部應(yīng)力的方案。相關(guān)研究成果以Regulating lithium electrodeposition with laser-structured current collectors for stable lithium metal batteries為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。碩士研究生董偉為論文第一作者，楊春雷、陸子恒為論文通訊作者。
新型納米分辨原位電化學(xué)測試系統(tǒng)及基于固態(tài)電解質(zhì)的人工類腦突觸、固態(tài)電池設(shè)計
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