中新網(wǎng)北京9月13日電 (記者 孫自法)記者9月13日從中國科學院金屬研究所獲悉，該所沈陽材料科學國家研究中心王春陽研究員與美國加州大學爾灣分校忻獲麟教授團隊合作，最新研發(fā)并利用人工智能“超級顯微鏡”人工智能輔助的透射電子顯微鏡技術(shù)，揭示出全固態(tài)鋰電池中的層狀氧化物正極材料的原子尺度結(jié)構(gòu)退化路徑，發(fā)現(xiàn)其與液態(tài)鋰離子電池中迥然不同的演化機制。
這項全固態(tài)電池穩(wěn)定性機理研究方面取得的重要進展，近日以“全固態(tài)電池中層狀正極化學應力失效的原子尺度起源”為題，發(fā)表于國際學術(shù)期刊《美國化學會志》。
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。中國科學院金屬研究所/供圖
王春陽指出，透射電子顯微鏡是當今物質(zhì)科學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，為科學家更深入地認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)的認識、加速科學發(fā)展進程，將在材料基礎研究和新材料研發(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。“先進表征技術(shù)驅(qū)動的材料研發(fā)”甚至有望成為新的科學研究范式，將為推動全球材料科學、能源科學、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)的精細原子構(gòu)型分析示意圖。中國科學院金屬研究所/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問題，由于在該領域的突出研究貢獻，他先后榮獲美國電子顯微學會博后學者獎，并入訊麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)榜單。
中國科學院金屬研究所透露，未來，王春陽將帶領一支平均年齡不到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)系中的核心科學問題開展基礎研究，為推動全固態(tài)電池的優(yōu)化設計和新材料研發(fā)作貢獻。(完)
