北理工團隊在未來供電的智能電池領(lǐng)域發(fā)表綜述文章
發(fā)布日期：2024-05-15 供稿：材料學(xué)院 黃永鑫,、陳人杰 攝影：材料學(xué)院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數(shù)：
北京理工大學(xué)材料學(xué)院陳人杰研究團隊近日對未來供電的智能電池進行了綜述研究，相關(guān)成果以“Smart batteries for powering the future”為題在國際頂級期刊《Joule》（影響因子：39.8）上發(fā)表,。北京理工大學(xué)陳人杰教授,、黃永鑫副教授為論文共同通訊作者，第一作者為博士生孟倩倩,。
盡管鋰離子電池可用于商業(yè)應(yīng)用,，但其電化學(xué)性能和適應(yīng)性仍然受到固有材料缺陷和復(fù)雜技術(shù)創(chuàng)新的限制。面對以信息技術(shù)和人工智能為代表的第四次工業(yè)革命,，基于這些顛覆性材料和技術(shù),，可以構(gòu)建出電化學(xué)性能優(yōu)越、可靠性突出的新型電池,?；诙嗉夹g(shù)融合及多學(xué)科交叉,，研究人員將智能概念引入電池設(shè)計和開發(fā)中，其主要是指電池與互聯(lián)網(wǎng)背景下的先進技術(shù)和先進材料的兼容性發(fā)展,，最終實現(xiàn)深度融合,。
作者明確定義和討論了“智能電池”的含義，同時對智能電池功能的作用機制和應(yīng)用原理進行了詳細闡述,。智能電池是一種具備實時感知,、動態(tài)響應(yīng)、自主決策等功能的能量轉(zhuǎn)化與存儲系統(tǒng),，它集中運用了各種高新技術(shù)以及多學(xué)科交叉融合,，實現(xiàn)對新型電池的設(shè)計制造與管理控制，可以滿足儲能系統(tǒng)的電化學(xué)性能提升,、安全可靠性改善,、應(yīng)用適應(yīng)性拓展和功能多樣性優(yōu)化的需求。根據(jù)智能功能的特點,，作者按智能電池發(fā)展的智能程度將其分為實時感知型智能電池,、動態(tài)響應(yīng)型智能電池以及自主決策型能電池三個代系。
圖1 智能電池的代系及相應(yīng)功能
圖2 智能電池發(fā)展路線圖
雖然智能電池的研究已成為近年來的熱點,，但對其電化學(xué)性能,、智能行為和實用性的探索仍處于起步階段。為實現(xiàn)智能電池的開發(fā)與制造,，在實現(xiàn)其功能多樣化和性能優(yōu)化的技術(shù)發(fā)展路線中,，面臨著諸多挑戰(zhàn)與機遇。作者總結(jié)討論了當(dāng)前智能電池面臨的科學(xué)問題以及可實現(xiàn)技術(shù)途徑,。其中,，實時感知型智能電池，需解決傳感器精度,、信號分析與集成,、耐腐蝕相容等問題，可通過高精度智能制造技術(shù)和人工智能算法進行改進,；動態(tài)響應(yīng)型智能電池,，需突破智能材料設(shè)計應(yīng)用對電池整體電化學(xué)性能影響等制約，結(jié)合機器學(xué)習(xí)和電化學(xué)模擬加速實現(xiàn)新材料篩選和電池系統(tǒng)集成優(yōu)化,；自主決策型智能電池,，需應(yīng)對海量數(shù)據(jù)傳輸和模型精度自主調(diào)控等挑戰(zhàn)，借助物聯(lián)網(wǎng),、類腦決策和智能控制等技術(shù)提升系統(tǒng)自主高效決策控制能力,。在信息化與工業(yè)化深度融合的背景下，智能電池的發(fā)展將成為未來能源行業(yè)智能轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容，助力構(gòu)建智能,、高效,、清潔、低碳的綠色工業(yè)體系,。
原文信息：Qianqian Meng, Yongxin Huang*, Li Li, Feng Wu, Renjie Chen*. Smart batteries for powering the future. Joule, 2024, 8(2): 344
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.011
在吳鋒院士的領(lǐng)導(dǎo)下,，陳人杰教授團隊致力于高比能二次電池的基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用。不僅聚焦于電池的基礎(chǔ)電化學(xué)性能,，還專注于電池材料的特殊功能,，如感知、柔性自支撐和環(huán)境適應(yīng)性等,，以賦予電池智能功能,。近期部分相關(guān)工作如下：
1. Super-Ionic Conductor Soft Filler Promotes Li+ Transport in Integrated Cathode-Electrolyte for Solid-State Battery at Room Temperature. Advanced Materials, 2024, 202403078. （IF=""29.4，第一作者：楊斌斌博士）
2. Regulating Sulfur Redox Kinetics by Coupling Photocatalysis for High-Performance Photo-Assisted Lithium-Sulfur Batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2024, e202402624. DOI: 10.1002/ange.202402624.（IF=""16.6,，第一作者：劉毓浩博士）
3. Anion-Dominated Conventional-Concentrations Electrolyte to Improve Low-Temperature Performance of Lithium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials, 2024, 2400337. DOI: 10.1002/adfm.202400337.（IF=""19,，第一作者：陳楠副教授）
4. Bifunctional Dynamic Adaptive Interphase Reconfiguration for Zinc Deposition Modulation and Side Reaction Suppression in Aqueous Zinc Ion Batteries, ACS Nano. 2023, 17, 12, 11946-11956. DOI: 10.1021/acsnano.3c04155.（IF=""17.1，第一作者：王輝榮博士）
5. Interface Engineering with Dynamics-mechanics Coupling for Highly Reactive and Reversible Aqueous Zinc-ion Batteries. Advanced Science, 2023, 2306656. DOI: 10.1002/advs.202306656.（IF=""15.1,，第一作者：孟倩倩博士）
6. Co-MOF as Stress-Buffered Architecture: An Engineering for Improving the Performance of NiS/SnO2 Heterojunction in Lithium Storage, Advanced Energy Materials. 2023, 2300413, DOI: 10.1002/aenm.202300413.（IF=""27.8,，第一作者：張寧博士）
7. Encapsulation of Metallic Zn in Hybrid MXene/Graphene Aerogel as Stable Zn Anode for Foldable Zn‐ion Batteries. Advanced Materials, 2022, 2106897. DOI: 10.1002/adma.202106897.（IF=""29.4，第一作者：周佳輝博士）
8. A Soft Lithiophilic Graphene Aerogel for Stable Lithium Metal Anode, Advanced Functional Materials, 2020, 2002013. DOI: 10.1002/adfm.202002013.（IF=""19,，第一作者：楊天宇博士）
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