开关全固态泵

近日，由长春新产业光电技术有限公司研制成功的紧凑型全固态半导体泵浦激光打标机，倍受市场青睐。 　　激光打标是指利用激光束使打标表面物质气化或发生化学物理变化，从而显出刻蚀图形和文字的方式。与传统标记方式相比，激光打标技术具有标记速度快、字迹清晰永久、污染小、无磨损、操作方便、防伪能力强、可以做到高速自动化运行等优点，因此在工业领域逐渐从电加工进入光加工时代的今天，激光打标已被广泛应用到各种加工领域，包括五金制品、金属器皿、精密机械、汽车配件、电子器件、集成电路块、食品包装、刀具、礼品、钟表、电脑键盘等产品的表面，必将代替传统的标记工艺，给产品注入新的活力。 　　目前市场上，激光打标机根据工作方式不同可分为灯泵YAG激光打标机、半导体侧泵激光打标机、半导体端泵激光打标机、光纤打标机等。其中，半导体端泵激光打标机不仅可以实现更为精细的打标效果，而且更加具有体积小、价格低的优势。 　　长春新产业光电技术有限公司是依托中科院长春光机所设立的高新技术企业，成立于1996年3月主要从事半导体泵浦全固态激光器的研发、生产和销售，其全固态激光器产业化规模和产品技术水平近年来一直保持国际先进、国内领先水平，产品遍布全球81个国家和地区，同类产品的国际市场占有率约为30%，国内市场占有率70%以上。紧凑型全固态半导体泵浦激光打标机的研制是公司依托原有半导体泵浦全固态激光器方面的技术优势，逐步实现对激光器下游产品的开发，进一步促进固体激光技术及其器件的应用发展，而且将带动晶体材料、半导体材料、光电器件工艺、加工领域的发展，其带来的直接效益和二次效益都会对国民经济和地区发展带来新的活力。 　　该公司研制成功的紧凑型全固态半导体泵浦激光打标机，发光源采用半导体列阵，光光转换效率高 采用特殊耦合泵浦方式，光源结构更加紧凑 热耗损低，无需单独配备冷却系统，是目前国内同类产品中体积最小的设备。

工欲善其事，必先利其器。高功率全固态激光器技术就是先进制造领域的一把利器。长期以来，国外在高功率激光技术领域一直对我国实行严密的技术封锁，严重制约了我国先进制造领域工业关键激光成套装备的发展。为摆脱我国在这一技术领域的长期被动落后局面，抢占战略主动权，自&ldquo 十五&rdquo 开始，863计划持续对该项技术进行大力支持，经过多年攻关，相继突破3kW、4kW、6kW和8kW的激光输出，到&ldquo 十一五&rdquo 中期，成功研制了具有完全自主知识产权的工业级5KW全固态激光器，打破了国际禁运。 　　为加速成果转化应用，&ldquo 十二五&rdquo 期间，863计划继续设立&ldquo 先进激光材料及全固态激光技术&rdquo 主题项目，中国科学院半导体研究所牵头承担，以工业应用需求为导向，研制系列化的高稳定、高可靠的工业级全固态激光器及其装备，并在激光焊接、表面处理等领域实现产业化应用。目前，在项目研究成果基础上，我国首个具有自主知识产权的高功率全固态激光器生产线已在江苏丹阳建成，并实现批量生产 在汽车零部件激光焊接领域，自主研制的全固态激光器成功打破国外垄断，实现了产业化应用突破，自2012年以来，已为奇瑞汽车焊接了超过10万套自动变速箱的核心部件，为北京奔驰汽车焊接了近3万套天窗 攻克无预热情况下的激光熔覆防微裂纹、微气孔等核心技术，为全球第三大石油装备制造商威德福公司成功研制出超高耐磨转井部件，实现威德福首次将该类高难度核心部件从英国的剑桥转移到亚洲进行生产。 　　经过863计划长期的持续支持，我国的高功率全固态激光器产品已初步形成了从自主研制激光器到成套装备集成再到应用的完整产业链。随着我国激光技术的不断进步，更多的高功率全固态激光器产品走上成熟的工业化进程，将为提升我国先进制造产业核心竞争力，扭转关键成套装备基本依靠进口的被动局面，加强国防建设提供有力的装备保障和技术支撑。

【研究背景】钠离子电池（NIBs）因地球上丰富的钠资源，在大规模经济型能源储存等领域被视为锂离子电池的潜在替代品。与传统的锂离子电池相比，钠离子电池具有成本低、资源丰富等优点。然而，NIBs存在较低的能量密度（约160 Wh/kg）和使用易燃的有机液体电解质带来的安全问题，这给其在实际应用中带来了巨大的挑战。近日，来自加拿大西安大略大学孙学良院士，同济大学杨孟昊等团队在全固态钠离子电池（ASSNIBs）研究中取得了重要进展。该团队设计并制备了一类基于双阴离子框架的非晶钠离子导体（Na2O2–MCly, M = Hf, Zr, Ta），通过引入氧氯化物双阴离子结构，成功实现了室温下离子导电率高达2.0 mS/cm的电解质材料。这类新型电解质不仅具备宽广的电化学稳定窗口，还具有优异的机械性能。通过将这种Na2O2–HfCl4电解质直接应用于全固态钠离子电池中，并与Na0.85Mn0.5Ni0.4Fe0.1O2正极材料搭配，该团队显著提高了电池的倍率性能与循环稳定性。在室温下以0.2C速率进行700次充放电循环后，该电池仍能保持78%的容量，这一结果远超现有报道。该研究为高性能全固态钠离子电池的发展提供了新的技术路径，展现了未来钠离子超离子导体材料的广阔应用前景。【表征解读】本文通过多种先进表征手段对所制备的钠离子固态电解质（SSEs）进行了深入分析和解读，从而揭示了其优异的性能来源。首先，采用X射线衍射（XRD）技术对材料的晶体结构进行了表征，结果发现这些Na2O2–MCly（M = Hf, Zr, Ta）氧氯化物电解质具有双阴离子亚晶格结构。这种特殊的结构通过氧桥键和非桥氧协同作用，促进了钠离子的快速迁移，从而显著提高了材料的离子导电性，最高可达2.0 mS cm&minus 1（25°C）。XRD的结果揭示了材料中独特的离子传导通道，为深入理解其高离子导电率提供了直接的证据。针对钠枝晶生长这一长期困扰全固态钠离子电池（ASSNIBs）应用的问题，本文利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对电解质与钠金属负极界面处的微观形貌进行表征。结果表明，在使用Na2O2–HfCl4（NHOC）电解质时，电池在长期循环过程中未观察到明显的钠枝晶生长，这说明该类电解质能够有效抑制钠枝晶的形成。通过界面结构的微观分析，进一步揭示了Na2O2–HfCl4电解质与金属钠之间的稳定界面作用机制。为了进一步挖掘材料的电化学性能，本文结合了电化学阻抗谱（EIS）对电解质的电化学稳定性和离子导电行为进行了系统表征。EIS结果显示，这些氧氯化物电解质不仅具有优异的导电性能，而且在高压下也表现出较宽的电化学稳定窗口，特别是在Na2O2–HfCl4电解质中，宽达4.5V的电化学窗口为其在高能量密度钠离子电池中的应用提供了可能性。此外，材料的杨氏模量测试表明，该电解质具有适中的机械性能，易于通过冷压成型，与固态电池的实际应用相契合。在此基础上，本文进一步通过循环伏安法（CV）和恒电流充放电测试，对基于Na2O2–HfCl4电解质的ASSNIBs进行了详细的电化学性能研究。结果表明，该电池在0.2 C倍率下经过700个充放电循环后，仍能保持较高的容量，表现出优异的循环稳定性和倍率性能。通过这些电化学表征手段，研究人员深入分析了Na2O2–HfCl4电解质的电化学行为，证实其与高电压正极材料Na0.85Mn0.5Ni0.4Fe0.1O2之间的良好匹配性能，进一步展示了该类电解质在实际电池应用中的巨大潜力。总之，经过XRD、SEM、TEM、EIS、CV等多种表征手段的深入研究，本文全面分析了Na2O2–MCly氧氯化物电解质的微观结构、电化学性能和钠离子传导机制，揭示了其作为固态电解质的优异性能。在此基础上，成功制备了性能优异的ASSNIBs新材料，为全固态钠离子电池的进一步发展提供了新的思路和技术支撑。【图文速递】图1：xNa2O2–MCly (M = Hf, Zr和Ta）固态电解质solid-state electrolytes，SSE的合成和性质。图2：无定形Na2O2–MCly，NMOC 固态电解质SSE局部结构分析。图3：NHOC固态电解质SSE的全固态钠离子电池all-solid-state Na-ion batteries，ASSNIB电化学性能。图4：全固态钠离子电池ASSNIB中的界面相容性。【结论展望】本文的研究揭示了基于双阴离子框架的非晶钠离子导体在提升钠离子电池性能方面的巨大潜力。通过引入氧氯化物结构，研究者们成功实现了室温下高达2.0 mS cm&minus 1的离子导电率，并且展现出宽广的电化学稳定窗口和优良的机械性能。这一成果不仅克服了传统单一阴离子框架的固有局限，还为全固态钠离子电池的设计提供了新的思路。具体而言，采用Na2O2–HfCl4电解质与Na0.85Mn0.5Ni0.4Fe0.1O2正极的全固态电池，在700个循环后仍能保持78%的容量，显示出优异的循环稳定性和倍率能力。这一发现为未来探索新型超离子导体开辟了新的方向，促使科研人员进一步关注双阴离子化学在电池技术中的应用，推动钠离子电池向更高能量密度和更安全的方向发展。总之，本研究为提升钠离子电池的整体性能奠定了基础，具有重要的科学价值和应用前景。文献信息：Lin, X., Zhang, S., Yang, M. et al. A family of dual-anion-based sodium superionic conductors for all-solid-state sodium-ion batteries. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02011-x