电池自燃

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: " times=" " new=" " 仪器信息网讯 /span /strong span style=" font-family: " times=" " new=" " 据不完全统计，2019上半年新能源汽车自燃事件发生了18起。4月21日晚，上海徐汇一小区地下车库发生火情，一辆特斯拉Model S型汽车在静止停车状态底盘冒烟，烟雾在6秒种内迅速扩散并有可见火苗窜出；今年4至6月，蔚来旗下车型ES8连续出现三起冒烟、起火事故。国家市场监督管理总局针对起火车辆开展了现场调查等工作。 /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 185px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/d08f23a8-2c2e-42e1-aed2-a3d31acf7998.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 300" height=" 185" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px font-family: " times=" " new=" " 特斯拉Model S型汽车事发现场 /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: 黑体, SimHei font-size: 14px " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 217px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/e0d00669-acc8-4821-b8b4-b27d3d3773bb.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 300" height=" 217" border=" 0" vspace=" 0" / /span /p p span style=" font-family: 黑体, SimHei font-size: 14px " /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: " times=" " new=" " font-size:=" " 西安蔚来ES8维修期间燃烧现场 /span /p p span style=" font-family: 黑体, SimHei font-size: 14px " /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " 据国家市场监督管理总局的召回数据显示，近一个月，连续发布3起新能源汽车召回，召回事件的原因均为动力电池安全隐患。（1）6月27日，蔚来汽车召回；（2）7月4日，南京金龙召回；（3）7月12日，北汽新能源汽车召回。2019年1-7月新能源汽车共累计发生9起召回事件，电池原因导致的新能源汽车召回案例共有3起，涉及6217辆新能源汽车，占召回新能源汽车总量的21%。 span style=" font-family: " times=" " new=" " font-size:=" " （注：召回信息由仪器信息网根据国家市场监督管理总局公开召回信息统计整理，统计范围为2019年1月至7月，与相关机构发布数据或略有出入，仅供参考。） /span /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " font-size:=" " /span /p p style=" text-align: center " strong span style=" font-family: " times=" " new=" " 近1个月3起电池引发的新能源汽车召回事件 /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: 黑体, SimHei " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/869b6692-6f0f-4fe6-8c94-f6f84176f724.jpg" title=" 捕获.PNG" alt=" 捕获.PNG" / /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " 从召回公告上可以看到，接连出现新能源汽车自燃，自燃主因与动力电池密切相关；动力电池的安全性及其相关测试成为公众关心的话题。相关企业必将对新能源汽车电池检测提出更多、更高的要求，以消除动力电池安全隐患，重新树立公众对新能源汽车安全的信心。仪器信息网了解到，目前，新能源汽车电池检测的国家标准总计6项，包含动力电池性能、安全等各方面的要求和试验方法： /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " GB/T 31467.1-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分：高功率应用测试规程》 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " GB/T 31467.2-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程》 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法》 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " 根据以上国家标准文件，仪器信息网整理出动力电池安全性测试针刺、跌落、高低温等13项主要测试项目及涉及的测试设备，以资参考： /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆针刺/挤压测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C302340.htm" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 电池针刺挤压试验机 /span /a ：通过对电池进行挤压或使用钢针垂直电池表面穿刺锂电池，以检测电池是否起火、爆炸等。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆ 跌落测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/917.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 电池跌落试验机 /span /a ：测试电池从不同高度，不同角度自由落体跌落在不同材质的跌落底板上，检测电池的安全性能。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆热滥用测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C302101.htm" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 热滥用试验箱 /span /a ：主要用于电池安全性能检测中炉热试验、加热测试等。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆ 高低温测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/617.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 防爆高低温试验箱 /span /a ：测试电池的耐高温、耐低温、高低温交变等性能试验。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆高低温冲击测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/622.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 冷热冲击试验箱 /span /a ：测试电池经极高温及极低温连续环境下冲击测试后的热胀冷缩所引起的化学变化或物理伤害。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆高空低压测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C302406.htm" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 低气压试验箱 /span /a ：模拟电池包在高海拔低气压的状况，观察电池包的安全性能。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆盐渍测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C320262.htm" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 海水浸泡试验箱 /span /a ：用于电动汽车动力电池耐海水浸泡测试。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆极端温度快速变化测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C315537.htm" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 快速温变试验箱 /span /a ：用于电池在高低温交变湿热环境下贮存、运输、使用时的适应性试验。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆实际环境工况测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/620.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 三综合试验箱 /span /a ：& nbsp 用于电池作高低温、湿热例行试验、耐寒试验、低温存储，以便对试验中拟定环境条件下的性能、行为作出分析及评估。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆PACK环境模拟测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C272885.htm" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 步入式高低温防爆仓 /span /a ：PACK交流内阻和安全保护测试。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆盐雾腐蚀测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/616.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 复合盐雾试验箱 /span /a ：用于电动汽车动力电池耐盐雾性能测试。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆淋雨/水浸测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/625.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 淋雨试验箱 /span /a ：检测电池的防水性能。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: " times=" " new=" " ◆户外沙尘测试—— a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/623.html" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 砂尘试验箱 /span /a ：用于检验电池在砂尘环境中的使用、贮存、运输的性能。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " br/ /p p & nbsp /p p br/ /p

5月10日晚上，成都市丛树家园小区一电梯内电瓶车起火，导致包括一名婴儿在内的多人烧伤视频在网上传播后，牵动人心。 电梯监控视频显示，10日19时33分，一男子乘电梯下楼，随后电梯停在某层楼，一名妇女怀抱着一名婴儿进入电梯，电梯继续下行。19时34分23秒，电梯再次停下，一男子推着一辆电瓶车进入电梯，身后还有一名双手提着物品的男子也紧跟进入。19时34分34秒，就在电梯门关闭瞬间，一秒钟时间不到电瓶车底部突然冒起浓烟，瞬间闪起了火光，电梯内迅速被火光和浓烟覆盖。视频显示，冒烟发生同时，推电瓶车的男子迅速伸手按了一下电梯开关。事发时，电梯内有4名大人和1名幼儿。对此很多网友表示，坚决反对电瓶车上楼！ 对于网友的评论，我有不同的看法，作为主动方面，禁止电动自行车车进入电梯确实是可行的，但我们不能一昧的谴责推电动自行车进入电梯的男子，却往往忽略了z大的危害源头是电动自行车的电池。电动自行车是为了方便市民的工具，而不是成为大家“闻风丧胆”、相互嫌弃的工具。只有生产厂家按照国家的标准，做好安全检测才投放到市场，这才是遏制电动自行车电池自燃最有效的方法。由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准的GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》国家标准于2018年12月28日正式发布，将于2019年07月01日正式实施，该标准对推动电动自行车用锂离子电池综合标准化工作及电动自行车锂离子电池推广应用具有重要意义和作用，同时也为电动车用锂离子电池领出了一条健康、可持续发展的道路。 Delta德尔塔仪器专业致力于GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》的研发和定制，可为客户提供锂电池安全检测实验室整体打包、一站式交钥匙工程服务。客户只需要提供试验场地，其他的交给我们为您搞定！ (电动自行车锂电池安全测试系统综合交钥匙工程)《电动自行车用锂离子蓄电池》（GB/T 36972-2018）检测设备推荐清单序号测试项目本标准条款关键设备设名称辅助功能/引用标准能力说明要求试验方法1. I2（A）放电5.2.16.2.1① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1) 可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2) 防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。2. 充电6.2.1.13. 放电6.2.1.24. 2I2（A）放电5.2.26.2.25. 低温放电5.2.36.2.3① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT6030）② 高低温冲击试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THE8002）③ 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和电流、电压；2）可选配高低温试验箱内箱容积和温度范围；3）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。6. 高温放电5.2.46.2.47. 荷电保持能力及荷电恢复能力5.2.56.2.5① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT6030）② 恒温恒湿试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THK6008）③ 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和电流、电压；2）可选配恒温箱内箱容积和温度、湿度范围；3）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。8. 荷电保持能力6.2.5.19. 荷电恢复能力6.2.5.210. 长期贮存后荷电恢复能力5.2.66.2.611. 循环寿命5.2.76.2.712. 内阻5.2.86.2.8① 电池内阻测试仪（推荐型号：HK3561R）② 恒温恒湿试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THK6008）可选配恒温箱内箱容积和温度、湿度范围。13. 过充电5.3.26.3.2① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。14. 强制放电5.3.36.3.315．外部短路5.3.46.3.4① 外部短路试验机（3000A）（推荐型号：GS-MST920）可选配常温外部短路和高温外部短路16．挤压5.3.56.3.5① 电池挤压试验机（0-35KN）（推荐型号：GS-MST930）1） 可选配挤压+针刺（穿刺试验）功能；2） 可选配红外摄像监控系统、自动灭火器装置、废气回收净化装置。17.机械冲击5.3.66.3.6① 机械冲击试验机(600g)（推荐型号：GS-MST980）可选配峰值加速度和试验负载18.振动5.3.76.3.7① 电磁振动试验机（0～400Hz）（推荐型号：GS-MST970）X，Y，Z三轴向振动；可选配振动频率、振幅范围及试验负载。19.自由跌落5.3.86.3.8① 电池跌落试验机（定向X,Y,Z）（推荐型号：GS-MST960）X/Y/Z定向跌落；可选配热成像相机、自动灭火器装置。20.低气压5.3.96.3.9① 高空低气压试验箱（11.6KPa）（推荐型号：GS-MST950）可选配试验箱体积（内容积）21．高低温冲击5.3.106.3.10①高低温冲击试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THE8002）可选配高低温试验箱内箱容积和温度范围22．浸水5.3.116.3.11① 电池水浸泡试验箱（推荐型号：GS-MST10）可选配实验水箱容积及温度控制范围23．过充电保护5.4.26.4.2① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。24.过放电保护5.4.36.4.325.短路保护5.4.46.4.4① 外部短路试验机（3000A）（推荐型号：GS-MST920）可选配常温外部短路和高温外部短路26.放电过流保护5.4.56.4.5① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。27.静电放电5.4.66.4.6 ① 静电放电发生器（20kV）（推荐型号：ESD61002TA）引用标准：GB/T 17626.2-200628.模制壳体应力5.5.16.5.1① 恒温恒湿试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THK6008）可选配恒温箱内箱容积和温度、湿度范围。29.壳体承受压力5.5.26.5.2① 电池壳体抗压试验装置（推荐型号：GS-KYL503）试验压力：250N30.壳体阻燃性5.5.36.5.3①水平垂直燃烧试验机（PLC+触摸屏）（推荐型号：GS-HUVL90）引用标准：GB/T 5169.16-201731.外形尺寸5.6.16.6.1① 游标卡尺（推荐型号：0-300mm）选配指针式/数显，测量量程可选32.充放电接口5.6.26.6.2目检引用标准：QB/T 442833.外观5.6.36.6.3目检/34.极性标志5.6.46.6.4酒精耐磨试验机（推荐型号：GS-YCR02）/合计需要仪器数量：约18台（国家纳米科学中心——锂电池实验室交付现场图片）设备已经成功运用到各大专业测试机构和生产厂家提供服务。第三方检测机构例如：广州SGS通标实验室，上海天祥ITS实验室，昆山出入境技术检验中心，广东质检院，深圳计量院，福建质检院（马尾基地），东莞标检产品检测有限公司（STC），各大企业例如：爱玛电动车，绿源电动车，喜德盛电动车等生产厂家品质研发部，深受客户好评。未来，Delta德尔塔仪器将持续用高品质的产品和服务，为电动自行车和电动助力车行业的发展添砖加瓦，为市民便捷出行、公共交通领域保驾护航，让人们生活的更加安全、舒适、和谐。张工yi八1，28零28677（WX同号）

电池的超快充电特性对于便携式电子设备和电动汽车等储能设备至关重要。然而，受限于传统离子穿梭模型，电化学储能器件的倍率性能难以实现新的突破。近日，武汉理工大学麦立强教授团队与新西兰奥克兰大学王子运教授、美国阿贡国家实验室Khalil Amine院士、浙江大学陆俊教授合作，提出了一种基于Zn2+催化水裂解及其产物*OH存储为主导的电池快充机制，通过氮化钒与ZnSO4的最优化组合，实现了超高的倍率性能。相关研究成果以“Zn2+-mediated catalysis for fast-charging aqueous Zn-ion batteries”为题发表在《Nature Catalysis》上。这是武汉理工大学首次以第一完成单位在《Nature Catalysis》上发表的高水平研究论文。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-024-01169-6 成果简介本工作提出了一种基于催化机理实现的超快充储能模型。与传统离子穿梭模型的行为不同，催化储能模型的核心是水裂解过程中*OH的吸脱附，通过调节溶剂化的金属离子和固体正极对水裂解的作用，实现了超高倍率的*OH存储。这项工作为为开发高功率、高安全的储能系统提供了新的理论基础和技术路径。论文内容近年来，具有超快充特性的水系锌离子电池（AZIBs）吸引了广泛研究和关注。然而，其底层储能机制尚未得到充分解释。具体而言，在传统的离子穿梭理论中，阳离子在正负极材料之间及电解液中穿梭实现充放电。根据这一理论，电池充电速率与阳离子的电荷半径比（q/r）相关。通常，较高的q/r值会导致较高的固相迁移势垒和水合焓。前者使得离子难以在电极材料内部扩散，后者使其难以穿过电极-电解液界面。因此，该理论预测下Zn2+的动力学应慢于Li+和Na+等单价离子。反常的是，AZIBs报道的倍率性能远超其他单价和多价金属离子，表明可能存在未被揭示的电荷存储机制。研究表明，AZIBs的高倍率性能通常与H+/H2O/OH-的嵌入/赝电容行为相关，但这些物种存在于所有水系金属离子电池（AMBs）中，并非AZIBs独有，因此，Zn2+可能在增强H+/H2O/OH-存储方面发挥了独特作用。H+/H2O/OH-也是电催化研究中的关键物种，且电催化中的反应速率远超电池中的反应速率。鉴于*OH吸附行为在析氧反应（OER）、氧还原反应（ORR）及AZIBs中具有共性，基于水裂解及*OH吸脱附的电荷存储可能解释AZIBs的高倍率性能。在Zn2+的帮助下，水裂解及*OH吸脱附的动力学显著加快，提供了不同于传统离子穿梭模型的快充机制。电极（E）和溶剂鞘中的金属离子（M）对水的吸附行为显著影响其裂解反应速率和产物，本工作调控了E-H2O和M-H2O之间的协同作用以实现更高的速率。DFT计算结果表明，E和溶剂化的Mn+对于水裂解活性的影响可以分别通过它们的d带中心和离子电负性进行量化。基于此，本工作定义并计算了大量正极材料和溶剂化Mn+上的OH吸附能，将水裂解活性与电极材料（ΔGOH(E)）和溶解金属离子（ΔGOH(M)）对OH的吸附能进行了组合对比。结果显示了两个不同的区域：强吸附区域和适度吸附区域。前者可能导致金属氧化物或氢氧化物的形成，而后者在正极材料和金属离子对OH的吸附能力之间达到了更好的平衡。VN位于适度吸附区域中心，展示了最佳的吸脱吸平衡和快速的水裂解动力学。因此，VN与Zn2+的组合有望实现最佳水裂解活性。常规VN在水中和空气中极易氧化，从而打破模型预测的最佳VN-Zn2+平衡。通过构筑的三维多孔还原氧化石墨烯气凝胶限域VN纳米簇，本工作成功合成了模型预测的纯VN（VN@rGO）。使用水系ZnSO4电解液时，VN-Zn2+组合主要通过水解离生成的OH的可逆吸脱附有效完成了存储过程。实验结果确定了Zn2+-VN组合提供了接近最优的OH吸脱附过程，实现了快充性能——在300,000 mA g-1的高电流密度下容量达到577.1 mAh g-1。图文导读图1. 水系锌离子电池性能反常及催化储能模型图2. 理论预测与最优化正极材料/电解液金属阳离子筛选图3. 模型预测的纯VN@rGO构筑图4. 水裂解及*OH储能机理图5. 高倍率、长循环电化学性能通讯作者简介麦立强，武汉理工大学首席教授，博导，副校长，国家杰青（2014），长江学者（2016），“万人计划”领军人才（2016），国家重点研发计划首席科学家，英国皇家化学会会士（2018），中国微米纳米技术学会会士（2022），中国化学会会士（2023）。材料化学与功能材料领域知名专家，长期从事新能源材料与器件科学技术及应用研究，构筑了国际上第一个单根纳米线器件电子/离子输运原位表征的普适新模型，建立了调控电化学反应动力学的“麦-晏”场效应储能等电子/离子双连续输运理论，突破了储能材料与器件的批量化制备技术，并实现成果转化与应用。在Nature（3篇）、Science（1篇）等刊物发表SCI论文610余篇，其中以第一或通讯作者发表Nature 2篇、Nature子刊及Cell子刊24篇，SCI他引1000次以上1篇、800次以上5篇、400次以上20篇，高被引论文117篇，热点论文26篇，SCI总他引5.6万余次，撰写中文专著2部、英文专著2部、英文专著章节2部，参编《中国材料科学2035发展战略》1部。获授权国家发明专利148项，其中28项专利与华为等31家企业进行产学研成果转化与应用。主持国家重大科研仪器专项等国家级项目30余项。以第一完成人获国家自然科学二等奖、何梁何利基金科学与技术创新奖、国际电化学能源科学与技术大会卓越研究奖（每年仅2人）、国际车用锂电池协会卓越研究奖、国家教学成果二等奖、教育部/湖北省自然科学一等奖（3项）和中国材料研究学会技术发明一等奖，连续五年入选科睿唯安全球高被引科学家。王子运，新西兰奥克兰大学副教授、计算化学家。2015年博士毕业于英国女王大学，师从胡培君院士。先后在斯坦福大学（合作导师 Jens K. Nø rskov院士）和多伦多大学（合作导师Edward H. Sargent院士）从事博士后研究，主要研究方向包括二氧化碳电还原的理论计算、人工智能辅助多相催化设计和表面微动力学。以通讯作者或（共同）第一作者发表文章40余篇，其中Nature 2篇，Nature Catal. 5篇，Nature Energy 1篇，Nature Commun. 3篇， J. Am. Chem. Soc. 7篇。文章被引10000余次，H因子45，入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜。 Khalil Amine 研究员，美国阿贡国家实验室高级院士，美国国家研究领事成员，ABAA（先进的动力汽车用锂离子电池国际例会，2009年创立）的创始人和主席，《Nano Energy》期刊副主编。目前已发表学术论文400余篇，被引近3万次。陆俊，浙江大学讲席教授，国家级高层次人才。2000年毕业于中国科学技术大学，获得学士学位；2008年毕业于犹他大学，获材料科学博士学位。回国前任美国阿贡国家实验室化学研究员（终身教授）。研究领域聚焦在高性能正极/负极材料、先进表征技术、锂金属电池、锂硫电池、锂空电池、下一代电池技术以及电池回收等方面，主持或参与了储能电池电极材料及其关键技术、催化材料设计与合成等多个研发项目，以通讯作者/第一作者发表SCI收录论文超过500篇，其中包括Science、Nature及其子刊Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Catalysis、Nature Review Materials、Nature Communications共计超过60篇，论文总引用数超过60000次，H指数超过137；在2018&minus 2022年连续入选科全球高被引科学家，尤其是2021-2022年连续在材料科学和化学双学科领域入选，专利超过20项；担任ACS Applied Materials & Interfaces副主编，电化学协会（ECS）电池分部成员，国际电化学能源科学院副委员和董事会委员，荣获电化学能源存储与转换领域内20多项重要奖励，包括全球百大科技研发奖（2019, R&D 100 Award，即美国科技界的“奥斯卡”创新奖）、美国电化学会电池分会技术奖（Battery Division Technology Award, ECS, 2022）、美国化学会能源与燃料部（ENFL）电化学储能杰出研究员奖（2022）、国际电池材料协会（IBA）杰出研究奖（2022）。

2020年3月，某新能源汽车公司一则动力电池“针刺试验”视频将锂电池的安全问题推向了风口浪尖。视频中对比了三种动力电池——三元锂电池、磷酸铁锂块状电池与刀片电池，在针刺之后，电池发生短路，三元锂电池出现明火燃烧，磷酸铁锂块状电池虽无明火，但有出现冒烟，刀片电池则无火无烟。日常生活中，锂电池在不规范使用过程中仍有可能发生短路现象，比如高功率快速充电引起自燃。 锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌，如果充电功率过高锂离子快速脱出并“游向”负极，锂离子可能会在表面析出形成锂枝晶，如果锂枝晶不断生长，就会从负极刺穿到隔膜，造成电池短路自燃。岛津通过最新的Axis Supra+光电子能谱仪分析了造成短路的“罪魁祸首”锂枝晶的内部成分及形貌像，我们一起来看一下！图1. Axis Supra+光电子能谱仪图2. 锂离子电池结构图 X射线光电子能谱（XPS）技术现在已经成为科研分析中的日常表征手段，通过XPS结合岛津Minibeam 6型团簇离子枪可以给出材料表面元素、价态及其随深度的变化情况，离子枪加速电压可以达到20kV，相比于10kV的加速电压，离子溅射速率提升了约20倍，使其不仅可对较软的有机材料进行刻蚀，也可对无机材料进行刻蚀，如图3是Minibeam 6型团簇枪的结构图。Axis Supra+配备了独有的“半球型分析器(HSA) +球镜型分析器(SMA)”双层分析器设置，通过独立的球镜型分析器（见图4）可以对材料表面元素进行快速的化学态成像，两种技术强强联手，对锂离子电池的电极进行了表征。图3. Minibeam 6型团簇离子枪图4. 镜像分析器原理 首先通过XPS全谱分析了电极表面的主要元素，主要存在Mg、Li、Cu、O、C及少量的F、Na、Cl、S，全谱图如图5所示，之后对材料表面进行团簇刻蚀分析。刻蚀电压选择为20kV，Ar团簇数为500，此模式下刻蚀能量大，团簇数小，可以对无机材料进行快速的刻蚀，团簇刻蚀均分到每个Ar原子的能量只有40eV，因此对材料的化学态影响较小。图6是团簇刻蚀得到的元素深度分布曲线，从图中可看出，在刻蚀到2500s时，Cu元素为主要存在元素，说明已基本刻蚀到电极表面。Li、O、Cl元素靠近样品表面，Mg元素在表面与体相的分布则比较均衡。 图5. 电极表面XPS全谱图6. 电极表面的深度剖析图 深度剖析给出了材料元素的纵向分布情况，XPS成像则可以给出表面元素的横向分布情况。如图7是材料表面元素的叠加XPS成像，红色为Cl元素，蓝色为Mg元素，可以看出表面呈枝晶状分布的Cl元素，充电时Li元素与其共同沉积在电极表面形成了枝晶，Mg则属于电极表面的元素。为了对枝晶的物种成分进行分析，对枝晶区域采集了小面积的XPS精细谱，如图8所示，高氯酸盐的存在形式表明枝晶物种成分主要为高氯酸锂。 图7. 电极表面XPS成像(红色为Cl，蓝色为Mg)图8. Cl元素的XPS精细谱结 论安全无小事，跟人们生活密切相关的电池安全更是如此，随着锂电池研究的深入，锂电池部件表界面的状态扮演着越来越重要的角色，比如锂的嵌入与脱出、SEI膜的形成机理与作用、隔膜的表面修饰等等，XPS作为表面分析中重要的研究手段，正在成为锂离子电池研究开发的利器！本例中通过Axis Supra+型光电子能谱仪对锂离子电池电极进行了分析，结合团簇剖析与XPS成像分别给出了材料表面元素纵向与横向的分布情况，对电极表面及枝晶的“化学形貌像”进行了生动的呈现！ 撰稿人：王文昌

新华网专电 美国麻省理工学院两名材料专家宣布，他们开发出制造充电电池的新技术，可以大幅缩短手机和汽车的充电时间。 两名专家在英国《自然》杂志上发表报告说，利用这种新技术制造的手机电池可以在１０秒钟内完成充电，汽车电池可在５分钟内充好电。 现阶段广为应用的磷酸锂电池可以储存大量电能并平稳释放电能，但是不能在瞬间大量释放或获取电能。研究人员通常认为，这种情况缘自带电锂原子和电子共处时，在电池材料中活动太缓慢。 麻省理工这两名专家说，问题根源其实在于如何使这些带电锂原子进入能够将它们与电子分离的极微细通道。 两位专家说，他们的解决方案是利用一个磷酸锂涂层，这个涂层像一个“专用车道”，可以将带电锂原子导入极微细通道，使它们可以迅速到达终端。 法新社１１日报道，这一技术由美国政府资助开发，已有两家公司获得生产许可。 麻省理工学院说，由于这项技术不需要新材料，只是改变制造电池的方法，所以用两年到三年时间就可以将这项技术市场化。

本文要点随着科技的进步，3C产品的多元化，集成化，便捷化，产品的体积越来越小，锂电池作为储能设备，不仅用于手持式电器，如手机，电脑，也广泛应用于汽车行业，得益于仅使用电能，几乎不产生CO2，相比传统燃油车具有更好环保效果，因此锂电池成为了当前应用最广泛的储能电池。目前主流的锂电池技术有磷酸铁锂和三元锂电池。其中三元锂电池具有更高的能量密度，更小的重量下具有更高的续航能力。然而三元锂电池相比于磷酸铁锂电池，耐高温性较差，如果电池因外部撞击破坏或内部异常损伤，均可导致电池短路，发生放热现象，更严重的会直接自燃。因此，有关锂电池的安全性，近来成为网上的热点话题，也是很多科学家及企业需要攻克的难题。三元锂电池结构三元锂电池是由正极，负极，隔膜，外包材，电解液等组成的。其中隔膜具有隔离电池正负极，仅让锂离子通过的作用。如果电池内部隔膜发生破坏，就会出现正负极联通导致电池短路放热，引燃电解液的现象发生。一般引起隔膜穿刺现象的原因有外部撞击破坏或内部异物破坏导致的。其中，外部的机械滥用或是电滥用均有可能导致电池热失控而发生意外自燃；内部异物破坏的诱因可能是原材料内部不纯净或工艺问题，而引入一些微米级别金属磁性单质，导致在电池使用过程中出现金属磁性单质刺破隔膜，发生短路现象。因此针对于三元锂电池原材料异物解析，可以采用扫描电镜及能谱异物分析功能，实现对原料或工艺后期引入的异物的自动寻找及分析。日立钨灯丝扫描电镜Flexsem1000 Ⅱ型(左)和场发射扫描电镜SU5000（右）本次测试采用日立钨灯丝扫描电镜Flexsem1000Ⅱ和牛津Aztec Feature软件，对微孔滤膜上的三元正极粉末的生产原料进行大区域自动采集，分析，找出关注颗粒单质Fe，对单质Fe进行统计，给出统计结果，进而评估原料是否合格。在整个测试过程中，设备自身的自动化功能调整，条件的标准化把控以及Feature软件自行检测，记录与统计，大大的降低了人的依赖性。测试特点1、 Flexsem1000Ⅱ可以一键切换高低真空，无论是导电与不导电样品，都无需对样品进行喷金处理而直接测试。2、 Flexsem1000Ⅱ配置了高灵敏5分割BSE探头，可轻松获得高衬度图像；且标配了自动聚焦，自动亮度对比度等自动化功能，快速准确调整电镜图片。3、 使用大面积拼图功能，可以测试整个微孔滤膜上的样品，获得全部颗粒的结果；同时，对每一个测量位置也可以实现追溯，再分析等功能。4、 根据自身需求，自行设置分类异物，在最终结果中得到异物颗粒的某一单一数据或所有异物的数据，如总个数，占比等结果。5、 在测试分析过程中，可实现后期无人监看，电镜自行完成样品台上样品的全部测试并获得最终结果。日立为三元锂电池异物分析提供了扫描电子显微镜及能谱，Feature软件的解决方案，不仅帮助检测原料异物，同时在工艺管控，品控测试环节提供更多的帮助。END公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

近年来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，提升动力电池安全迫在眉睫。经过多年的发展，动力电池从最初的圆柱电池，发展到方形、软包电池，容量提升，形式多样。上篇中，上篇中，我们展示了岛津CT在正极材料和负极材料观测方面的应用。本篇我们将展示岛津CT观测各种成品电池和对电池原位充放电的实时观察。 成品动力锂电池CT的观察在成品动力锂电池检查中，CT检测可以发现动力锂电池内部缺陷，比如内部杂质、正负极扭曲变形、正负极片短路和正负极片的断裂等不良。在长期充放电使用及激烈碰撞后，这些不良容易造成电池短路，甚至可能造成新能源汽车自燃和爆炸。 岛津SMX-225CT FPD HR Plus微焦点X射线CT系统 CT检测是失效分析和产品工艺优化及品质控制的重要手段。通过对失效的动力锂电池进行无损检测，在不破坏失效动力锂电池结构的情况下获得真正失效原因。通过对动力锂电池的内部结构观察及尺寸测量，可以优化生产工艺、提高品质。 电池内部结构及缺陷观察目前动力锂电池电芯生产主要有卷绕和叠片两种制造工艺，对应的动力锂电池结构形式主要为圆柱和方形、软包三种，圆柱和方形锂电池主要采用卷绕工艺生产，软包锂电池则主要采用叠片工艺制造。圆柱锂电池主要以18650为主，方形锂电池外壳采用硬铝壳包装，而软包锂电池采用铝塑料包装。 运用CT对18650动力锂电池检测可观察内部正负极及隔离膜，因此内部变形及金属杂质可以清晰地被检测到。通过对正极极片展开，可观察到极片上的孔隙。图1给出了18650动力锂电池的CT图像。 图1 18650动力锂电池CT图像 图2是方形动力锂电池的CT扫描图像，外形尺寸为L150mm´W100mm´H26mm。 通过扫描半电池可以清晰地看到电池正负极片和杂质以及激光焊接部位的孔隙。甚至有机质的隔离膜也能够被观察到。 图2 方形动力锂电池CT图像 软包叠片动力锂电池的常见缺陷为极片开裂破损、有杂质及当封入外壳时负极变形等，CT检测是此缺陷观察必要手段。如图3所示。 图3 软包叠片动力锂电池CT图像 电池内部尺寸测量在电池生产中，尺寸质量控制的要求变得越来越复杂，无法使用传统的测量技术进行测量，更不可能对电池进行切割或破坏后再进行检测。此时，需要使用微焦点CT对电池内部缺陷及结构进行尺寸测量。从而能够评估产品制造过程和优化产品。 图4是18650动力锂电池在空电和满电状态下的电芯尺寸测试，通过比较发现满电状态比空电状态下的电芯尺寸膨胀了约0.2mm。这对电池研发人员设计很有帮助。 图4 18650动力锂电池空电和满电状态电芯尺寸测量 在方形动力锂电池中，满电时的极片厚度尺寸测量、正负极对齐测量和封装时电芯与外壳的距离等这些尺寸对电池生产厂家都有很重要的参考意义，如图5所示。 图5 方形动力锂电池尺寸测量 图6给出了软包动力锂电池中的孔隙及金属杂质尺寸测量，这些缺陷都可能会引起电池起火或自燃。 图6 软包动力锂电池尺寸测量 电池原位充放电循环中的CT观察通过对原位动力锂电池充放电试验，可以观察电池在循环充放电情况下的状态。X射线微焦点CT作为对动力锂电池充放电循环检查的重要一环，可以直观观察动力锂电池在不同状态下内部结构的变化，为研发及生产制造提供数据。 图7从2D截面图像和3D图像示出了100次、500次、1000次、1500次动力锂电池的充放电试验CT测试图像。从而观察到随着充放电次数的增加，动力锂电池由于内部产生的惰性气体的释放而不断膨胀。图7 动力锂电池充放电实验CT观察 通过以上案例展示，岛津X射线微焦点CT不仅可以观察动力锂电池正负极片材料内部微观结构，还可以观察成品动力锂电池的内部结构及缺陷。结合尺寸测量定量分析，为动力锂电池研发设计者及生产制造商提供帮助，优化生产流程及制造工艺，为新能源汽车提供安全保障。

近年来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，提升动力电池安全迫在眉睫。经过多年的发展，动力电池从最初的圆柱电池，发展到方形、软包电池，容量提升，形式多样。 上篇中，我们展示了岛津ct在正极材料和负极材料观测方面的应用。本篇我们将展示岛津ct观测各种成品电池和对电池原位充放电的实时观察。 成品动力锂电池ct的观察 在成品动力锂电池检查中，ct检测可以发现动力锂电池内部缺陷，比如内部杂质、正负极扭曲变形、正负极片短路和正负极片的断裂等不良。在长期充放电使用及激烈碰撞后，这些不良容易造成电池短路，甚至可能造成新能源汽车自燃和爆炸。 岛津smx-225ct fpd hr plus微焦点x射线ct系统 ct检测是失效分析和产品工艺优化及品质控制的重要手段。通过对失效的动力锂电池进行无损检测，在不破坏失效动力锂电池结构的情况下获得真正失效原因。通过对动力锂电池的内部结构观察及尺寸测量，可以优化生产工艺、提高品质。 电池内部结构及缺陷观察 目前动力锂电池电芯生产主要有卷绕和叠片两种制造工艺，对应的动力锂电池结构形式主要为圆柱和方形、软包三种，圆柱和方形锂电池主要采用卷绕工艺生产，软包锂电池则主要采用叠片工艺制造。圆柱锂电池主要以18650为主，方形锂电池外壳采用硬铝壳包装，而软包锂电池采用铝塑料包装。 运用ct对18650动力锂电池检测可观察内部正负极及隔离膜，因此内部变形及金属杂质可以清晰地被检测到。通过对正极极片展开，可观察到极片上的孔隙。图1给出了18650动力锂电池的ct图像。 图1 18650动力锂电池ct图像 图2是方形动力锂电池的ct扫描图像，外形尺寸为l150mm´w100mm´h26mm。 通过扫描半电池可以清晰地看到电池正负极片和杂质以及激光焊接部位的孔隙。甚至有机质的隔离膜也能够被观察到。 图2 方形动力锂电池ct图像 软包叠片动力锂电池的常见缺陷为极片开裂破损、有杂质及当封入外壳时负极变形等，ct检测是此缺陷观察必要手段。如图3所示。 图3 软包叠片动力锂电池ct图像 电池内部尺寸测量 在电池生产中，尺寸质量控制的要求变得越来越复杂，无法使用传统的测量技术进行测量，更不可能对电池进行切割或破坏后再进行检测。此时，需要使用微焦点ct对电池内部缺陷及结构进行尺寸测量。从而能够评估产品制造过程和优化产品。 图4是18650动力锂电池在空电和满电状态下的电芯尺寸测试，通过比较发现满电状态比空电状态下的电芯尺寸膨胀了约0.2mm。这对电池研发人员设计很有帮助。图4 18650动力锂电池空电和满电状态电芯尺寸测量 在方形动力锂电池中，满电时的极片厚度尺寸测量、正负极对齐测量和封装时电芯与外壳的距离等这些尺寸对电池生产厂家都有很重要的参考意义，如图5所示。 图5 方形动力锂电池尺寸测量 图6给出了软包动力锂电池中的孔隙及金属杂质尺寸测量，这些缺陷都可能会引起电池起火或自燃。 图6 软包动力锂电池尺寸测量 电池原位充放电循环中的ct观察 通过对原位动力锂电池充放电试验，可以观察电池在循环充放电情况下的状态。x射线微焦点ct作为对动力锂电池充放电循环检查的重要一环，可以直观观察动力锂电池在不同状态下内部结构的变化，为研发及生产制造提供数据。 图7从2d截面图像和3d图像示出了100次、500次、1000次、1500次动力锂电池的充放电试验ct测试图像。从而观察到随着充放电次数的增加，动力锂电池由于内部产生的惰性气体的释放而不断膨胀。 图7 动力锂电池充放电实验ct观察 通过以上案例展示，岛津x射线微焦点ct不仅可以观察动力锂电池正负极片材料内部微观结构，还可以观察成品动力锂电池的内部结构及缺陷。结合尺寸测量定量分析，为动力锂电池研发设计者及生产制造商提供帮助，优化生产流程及制造工艺，为新能源汽车提供安全保障。

近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院量子可积课题组博士研究生史海龙、万青昆，与西北大学教授杨文力、王晓辉等合作，在量子电池理论研究方面取得新进展。该研究首次证明了量子相干或量子纠缠在量子电池产生可提取功的过程中是必不可少的量子资源。 　　现代实验技术可实现在量子比特层面上探测和操纵物理系统，这要求科研人员在微观尺度上考虑量子特性来重构热力学及动力学规律。近年来，量子信息理论学家针对量子纠缠、量子相干以及其他量子关联建立起相应的量子资源理论。尽管这些量子资源理论深化了科学家对于纠缠和相干的理解，但在有限时间非平衡热力学过程中不同量子关联之间会出现复杂的耦合，从而使得研究量子多体非平衡动力学颇为困难。关于量子电池的研究是备受关注的量子科技问题，其中之一就是探究量子关联对于可提取功的影响。同时，在量子电池充电动力学过程中存在的不同类型的可提取功为理论分析带来困难，故剖析纠缠和相干对于量子电池可提取功的影响是重要的难题。 　　该团队首次证明了量子相干或量子纠缠在量子电池产生可提取功的过程中是必不可少的量子资源，并将可提取功分为相干可提取功和非相干可提取功两部分，证明了当量子电池充电动力学结束时，相干性有助于提高相干功，但相干和纠缠又抑制了非相干功的产生，且这些结论与模型无关。研究进一步通过中心自旋量子电池、Tavis-Cummings量子电池和XXZ自旋链量子电池，展示量子纠缠、量子相干与电池可提取功之间的准确的联系（如图）。该工作为后续实验和理论研究提供了重要指导。 　　相关研究成果以《量子电池中的纠缠、相干和可提取的功》（Entanglement, coherence, and extractable work in quantum batteries）为题，发表在Physical Review Letters上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。 有关量子电池介绍可参见：可达热力学极限充电速度的“量子电池”

导语2020开年新气象，电镜科研新成就。困扰业界许久的锂枝晶生长机理问题取得重大突破，全固态电池距离量产迈进一大步。近日，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室黄建宇教授、沈同德教授和唐永福副教授等人联合美国佐治亚理工学院朱廷教授、宾夕法尼亚大学张宿林教授，通过巧妙地设计实验过程，实时直观地记录了锂枝晶生长的微观机制，精准测定了其力学性能和力-电耦合特性。更难能可贵的是，该研究团队还提出了一种固态电池中抑制锂枝晶生长的可行性方案。锂枝晶的生长机理难题困扰业界许久，至此终于有种“拨开云雾见天日,守得云开见月明”的感觉了。论文链接：www.nature.com/articles/s41565-019-0604-x据悉，该研究成果已在权威国际期刊《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)刊登发布。《自然-纳米技术》是材料与纳米科技领域的国际顶级学术期刊，2019年的影响因子高达33.407，该研究成果的突破性和重要性由此可见一斑。为什么这项研究成果能够引发业界广泛关注呢？这就不得不提到目前在电动汽车上广泛使用的液态锂离子电池，其主要结构包括正负极材料、隔膜和电解液。因内部构造原因，液态锂离子电池容易受环境温度影响，而且很容易产生不可控的锂枝晶。锂枝晶非常“锋利”，可以刺破隔膜导致电解液泄漏，导致电池内部短路，从而造成电池起火甚至汽车自燃事故，近年来为提升电池的能量密度，企业把隔膜厚度从十几毫米降低到了五六毫米，2019年特斯拉、蔚来等大牌电动汽车相继“走火”，或许也间接反映了这个问题。概括言之，在材料体系没有创新的条件下，目前商品化的液态锂离子电池的能量密度已经逼近“极限”（300Wh/kg左右），“里程焦虑”、“可能自燃”等问题重创消费市场。既然液态电解液不行，那改用机械刚性的固态电解质不就完事了么？于是乎，全固态锂离子电池（简称：全固态电池）进入了公众视野。顾名思义，全固态锂离子电池采用的是固态电解质，不含任何液态组份，结构更加安全。与液态锂离子电池相比，全固态锂离子电池的能量密度最高潜力达900Wh/kg，因此，固态电池被视作为下一代锂电池技术革命，其量产与普及将会彻底解决电动汽车发展的最大瓶颈问题，国内外车企巨头已然纷纷布局涉足，“固态热潮”一时风头无两。然而，全固态电池的研发之路也并非一马平川。全固态电池以金属锂作为负极材料，仍然绕不开“不可控锂枝晶”的这个坎儿，实验结果表明，锂枝晶生长到一定程度时，也可以穿透固态电解质，造成电池短路失效。尽管诸多研究致力于探索如何抑制锂枝晶的产生，但是以往研究主要停留在宏观尺度，对于锂枝晶生长的微观机理、力学性能、刺穿固态电解质的机制及抑制其生长的科学依据缺乏足够了解。赘述至此，相信您应该充分了解黄建宇教授、沈同德教授等人的研究成果的重要性了吧？！___AFM-ETEM纳米电化学测试平台，可实现原位观测纳米固态电池中锂枝晶生长机制及其力学性能和力—电耦合精准定量测量。___据悉，该研究团队基于AFM-ETEM平台发现，在室温下，当对AFM针尖施加电压（过电位）时亚微米晶须开始生长，其生长应力高达130 MPa，远高于此前研究报道。此外，研究人员还发现锂晶须在纯机械载荷作用下的屈服强度可达244Mpa，远高于宏观金属锂的屈服强度（～1MPa）。可以说，该研究成果颠覆了研究者对锂枝晶力学性能的传统认知，为抑制全固态电池中锂枝晶生长提供了新的定量基准，为设计具有高容量长寿命的金属锂固态电池提供了科学依据，这项研究成果得到应用之后，全固态电池将有望加速实现商业化量产。很荣幸，赛默飞世尔科技旗下Thermo Scientific品牌的两大拳头电镜产品能够深度参与此项研究工作，并帮助研究团队发明了一种基于原子力显微镜—环境透射电镜（AFM-ETEM）原位电化学测试平台，建立起了一种有效的研究锂枝晶的动态原位实验表征新技术。它们是Themis™ ETEM环境气氛球差校正透射电子显微镜（左图）与Helios PFIB双束电镜（右图）：Helios PFIB Themis™ ETEM Themis™ ETEM 300kV原子分辨扫描/ 透射电子显微镜可以一体化解决纳米材料在接触活性气体环境和升温的过程中的时间分辨动态特性原位研究，包括材料的结构性能关系、原子尺度的几何结构、电子结构以及化学组成。Helios PFIB系统结合了Elstar电子镜筒和Vion氙等离子体离子镜筒，既可以实现纳米分辨率和最高衬度成像，又能确保尺度样品加工的速度和精确度。基于此，赛默飞推出了一系列针对锂电池行业的多尺度二维及三维表征解决方案，主要包含多功能计算机断层扫描系统、扫描电镜、镓离子双束电镜、Xe等离子双束电镜、透射电镜等产品，涉及电芯表征、电极表征、隔膜表征等应用，希望从广度和深度两个方面，为客户在锂电池开发的各个阶段提供强力支持的产品组合，助力攻克电池研发技术难题，让全固态锂离子电池的量产与普及不再是梦，让电动汽车“充一次电跑1000公里”不再是梦！

■ 自2018年下半年以来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，严重影响了消费者对新能源汽车的使用信心。前不久，工信部就新能源汽车动力锂电池产品质量安全问题约谈了多家新能源公司，要求对已销售的产品开展自查自纠，针对产品质量问题提出对策，并对动力电池的研发、生产、检测和售后等各环节进行系统梳理和整顿优化。监管机构对于新能源行业的安全提出了更高要求，提升汽车动力锂电池安全迫在眉睫。 ■ 岛津X射线微焦点CT对汽车动力电池从正负极材料到装配好的电池都可以实行无损检测，观察正、负极材料内部结构，确认颗粒尺寸分布，助推研发和品质管控，也可以实现在充放电过程中进行原位测试，便于实行工艺优化和控制。 锂离子电池电极3D像 本文展示岛津CT在正极材料和负极材料观测和尺寸测量方面的应用，是为上篇。下篇将展示岛津CT在成品电池观测方面的应用，以及充放电时的原位观测。 ｜正负极材料CT观察｜ 汽车动力锂电池原材料现有主材主要有四种：正极材料、负极材料、隔离膜和电解液。X射线微焦点CT对汽车动力锂电池原材料分析中，能够清晰观察正、负极材料内部结构及测量尺寸，轻松确认组成颗粒的大小、颗粒大小的变化和厚度等。而正、负极材料中的颗粒尺寸大小、物相是否均一、粉体粒径的大小及分布是否均匀决定了动力锂电池的性能，因此用X射线微焦点CT观察正、负极材料变得尤为重要。 岛津inspeXio SMX-100CT ｜正极材料观察及分析｜ 通过扫描一块长宽约为2mm的正方形的正极材料，得到MPR（多平面重建）图像（图1），可以观察出正极材料具有颗粒状结构。 图1 正极MPR图像 再通过软件对其尺寸测量，如图2所示，表明组成颗粒大小都约为20μm，再通过3D图像(图3)显示可以确认正极具有分层的结构。 图2 正极尺寸测量图像 图3 正极3D图像 ｜负极材料观察及分析｜ 同样通过扫描一块长宽约为2mm的正方形的负极材料，得到MPR（多平面重建）图像（图4），可以观察出负极材料具有鱼鳞片状结构。 图4 负极MPR图像 再通过软件对其尺寸测量，如图5所示，最大的石墨片长度约为100μm。图6所示是负极的CT图像3D显示效果。在该图中，石墨被涂成蓝色，以区别于黄色的铜箔。通过这种方式，可以通过3D显示效果来三维观察负极。 图5 负极尺寸测量图像 图6 负极3D图像 岛津微焦点X射线CT能够无损观察物品的内部结构。因此，可用于分析有缺陷的电池、比较合格和不合格的电池、比较充电或放电前后的电池状态、评估循环测试期间的电池内部结构的变化等。在此示例中，使用了inspeXio SMX-100CT微焦点X射线CT系统观察可充电锂离子电池中的电极，并进行颗粒尺寸测量，进而为工艺优化及质量控制提供科学可靠的指导。 撰稿人：黄军飞

手机爆炸、电动汽车行驶或充电过程中的火灾事故在生活中经常可见，让人们在享受锂电池带来的便利的同时，也担心其在安全方面的重大问题。如何降低这一风险？近日，中国科学技术大学教授孙金华、研究员王青松团队与暨南大学教授郭团团队研制出一款可植入电池内部的高精度光纤传感器。相关研究成果日前在线发表于《自然-通讯》。“这款高精度光纤传感器可以在1000摄氏度的高温、高压环境下正常工作，同步测量出电池热失控全过程内部温度和压力，为快速切断电池热失控链式反应提供预警手段。”王青松向《中国科学报》介绍。破解国际性科学难题手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车中都有一个关键部件——锂离子电池。随着全球范围内能源危机的出现、“双碳”目标的驱动，锂离子电池产业迅速发展。然而，锂离子电池常常会发生爆炸，也就是热失控，这是威胁电池安全的“癌症”，是制约电动汽车与新型储能规模化发展的瓶颈。研究表明，电池热失控源于电池内部一系列复杂且相互关联的“链式反应”。“这可以从电池内部和外部两方面讨论。从内部来看，电池由正负极、电解液、隔膜等组成，其中电解液和隔膜都是易燃物，正负极和电解液在一定温度下又会产生化学反应，进而产生热量和可燃气体。也就是说，电池内部本身就是一个热不稳定的体系。”王青松说。从外部来看，电池在使用过程中容易出现各种外部滥用：电滥用，如过充、过放等；热滥用，如高温、局部发热等；机械滥用，如撞击、挤压等。这些外部滥用会造成电池内部材料发生一系列连锁化学反应，电池内部温度快速提升，最高可达800摄氏度，导致电池起火或爆炸。如何科学、及时、准确地预判电池安全隐患，是当前电池安全领域的国际性科学难题。为攻克这一难题，研究团队提出一种可植入电池内部的高精度光纤传感器，在国际上率先实现对商业化锂电池热失控全过程的精准分析与提早预警。《自然-通讯》的一位审稿专家评价道，“该研究有助于电池健康状态监测，并在不可逆损害前发出预警信号。”小巧光纤实时监测电池健康状态将光纤植入电池，并非王青松等人首创。因光纤传感器具备体积小、重量轻、耐受高温高压、耐受电解液腐蚀等优势，前人将其植入电池。但他们主要测量的是电池循环过程中的内部参数，从未涉足电池热失控监测领域。于是，王青松等人想将光纤植入电池内部，以监测电池热失控过程，并探索电池内部参数能否为电池热失控预警提供新思路。研究思路有了，做起来却非常难，因为现有的大多数光纤传感器无法在热失控过程中“幸存”。王青松解释说，电池热失控过程中，内部压力高达2MPa、温度高达500至800摄氏度，在这种高温高压的冲击下，光纤信号会中断，无法测得电池内部温度和压力数据。研究的关键是开发一款“健壮”的光纤传感器。他们与郭团团队联合攻关，多次改进光纤结构，开展热失控实验，反复修改和验证，最终通过对光纤进行套管保护，在保证内部信号传输的同时解决了光纤容易断的难题。“这款高精度光纤传感器总长度12毫米、直径125毫米，能够植入商业18650电池，实时监测电池热失控期间的内部温度和压力影响。”王青松向《中国科学报》介绍了光纤传感器的结构。相比现有的外部监测技术，内部光纤传感技术更具有及时性、灵活性。“就好比人们患病，当感知到疼痛时，往往为时已晚。这就像电池外部特征的变化一般都是滞后的。”王青松解释道，“而去医院体检，可以通过CT等看到内部器官变化，从而预知疾病的发生，并通过治疗手段阻止疾病进一步发展。但这种大型设备体积庞大，无法随时随地监测内部状态变化。如果在人体内植入芯片，就可以做到实时跟踪预警。就像在电池内部植入光纤传感器，可以做到实时监测预警。”值得一提的是，该研究通过解析压力和温度变化速率，首次发现温度和压力变化速率的转变点可作为电池热失控早期预警区间。该发现适用于不同电量的电池，能够在电池内部发生“不可逆反应”之前发出预警信号，保证了电池后续的安全使用。用于同时监测电池内温度和压力的FBG/FPI传感器工作原理适合大规模推行量产在王青松看来，光纤传感器尺寸小、形状灵活，具有抗电干扰性和远程操作的能力和适合大规模生产的标准制造技术，并且可以实现一根光纤在电池的多个位置同时监测温度、压力、气体组分、离子浓度等多种关键参数。光纤传感技术与电池的结合将在新能源汽车、储能电站安全监测等领域发挥重要作用。为此，研究团队将探索光纤传感器在大容量储能电池中的应用。“大容量储能电池热失控相比此次研究中的18650电池更加剧烈，并且其热失控特性和机理与小电池有所差异，这将是对我们研究的进一步考验。”王青松说。另一方面，团队将与电池制造商合作，希望在电池制作过程中植入光纤传感器，避免对电池二次破坏，加快光纤传感在储能和新能源汽车电池管理系统中的应用进程。相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40995-3

atec阿泰可为某重型汽车集团研制的燃料电池发动机管道式环境舱成功交付客户验收，该产品针对燃料电池在高原状态下的管道式气候模拟，实现了燃料电池吸气端的高原温度、高原气压、高原含氧量的准确模拟波动试验，并具备整机氢气防爆功能。　　在研制过程中，技术部攻克了若干难点：　　1、解决燃料电池工作时瞬间产生大热量从而导致舱内温度波动；　　2、燃料电池吸气需求量与新风的高原温度、高原气压、高原含氧量的同步控制；　　3、燃料电池工作时瞬间产生大排气量而导致排气端的高原气压的稳定性。　　该试验系统主要由8大部分组成，分为试验仓、制冷机组、新风系统、控制系统、排放系统、真空系统，氢气预冷系统，防爆安全系统。　　整套设备具备模拟自然环境中温度、湿度、气压等环境条件的功能，可对燃料电池发动机经常遇到的温度、湿度、低气压等综合叠加环境效应进行模拟考核， 适用于燃料电池发动机单体的环境试验项目测试以及其他部件的温度、湿度试验，管道高度试验。　　并满足功率为150kw的燃料电池发动机环境模拟的以下试验：　　低温试验（低温存储、起动、性能）；　　高温试验（高温存储起动、性能）；　　湿热试验（高温湿热）；　　温度海拔高度试验（气压模拟）；　　可以用于商用汽车的冷启动试验。

据美国物理学家组织网6月27日(北京时间)报道，加拿大科学家表示，他们研发出了一款新式的全光谱太阳能电池，其不但可以吸收太阳发出的可见光，也可以吸收不可见光，从理论上讲，转化效率可高达42%，超过现有普通太阳能电池31%的理论转化率。研究发表在最新一期的《自然光子学》杂志上。 　　此款基于胶体量子点(CQD)的高效串接太阳能电池由加拿大首席纳米技术科学家、多伦多大学电子与计算机工程系教授泰德萨金特领导的科研团队研制而成。论文主要作者王希华(音译)表示，该太阳能电池由两个吸光层组成：一层被调制用于捕捉太阳发出的可见光 而另外一层则可以捕捉太阳发出的不可见光。 　　萨金特介绍说，为了做到这一点，该团队用纳米材料串联成一个名为分级重组层的设备，能往返运输可见光层和不可见光层之间的电子，有效地将捕捉可见光的吸光层和捕捉不可见光的吸光层结合在一起，这样，两个吸光层都不需要妥协。 　　该研究团队在使用CQD制造太阳能电池方面一马当先，CQD这种纳米材料很容易被调制来对特定波长的可见光和不可见光作出反应。新式串联CQD太阳能电池捕捉光波的波长范围比普通太阳能电池更加宽泛，因此，从理论上讲，其转化率可达42% 相比之下，最好的单结太阳能电池的最大转化率仅为31%，而一般位于屋顶或日常消费产品中的太阳能电池的转化率仅为18%。 　　研制高效的、成本合理的太阳能电池是全球共同面临的巨大挑战。萨金特说：“全球都需要转化效率超过10%的太阳能电池，并希望能显著降低现有光伏组件的零售价。最新进展提供了一条切实可行的道路，其能最大限度地捕捉太阳发出的各种光线，有望提高转化率并降低成本。” 　　萨金特希望，在5年内，将这款新的分级重组层太阳能电池整合入建筑材料、手机和汽车零件中。

p style=" text-indent: 2em " 随着可再生能源开发利用规模的不断扩大及智能电网产业的迅速崛起，储能技术的重要性日益凸显。记者7日获悉，由美国斯坦福大学崔屹教授领衔的研究团队介绍了一种可循环充电1万次以上的锰氢气电池，可实现10年以上的稳定性能。该成果发表在《自然· 能源》上。 /p p style=" text-indent: 2em " 据该成果的第一作者、美国斯坦福大学材料科学与工程学院的陈维博士介绍，他们发明的锰氢气电池使用高表面积的碳作为正极集流体，易溶于水的硫酸锰盐作为电解液，由催化剂控制的氢气作为负极。该电池从设计、充放电原理、测试方法和性能上都有别于以往任何水系电池。 /p p style=" text-indent: 2em " 成果显示，锰氢气电池具有非常优异的电化学性能，比如稳定的放电电压1.3伏，高倍率的放电电流100mA/cm2，大于1万次的稳定循环，以及较高的质量能量密度139Wh/kg和体积能量密度210Wh/L。而且，该电池很容易放大用于大规模储能。 /p p style=" text-indent: 2em " 大规模储能是实现可再生能源普及应用的核心技术。现有的大规模储能技术（如抽水储能、压缩空气储能）以及各种蓄能电池（如锂离子电池、钠硫电池、液流电池）等均存在不同的问题，远不能满足大规模储能廉价、安全、高能量密度和高稳定性的要求。崔屹表示：“锰氢气电池的发明将对大规模储能的格局产生重要影响，进一步缓解由传统化石能源带来的严重碳排放和空气污染。” /p

美国研究人员最新研制一种微型纳米电池，仅12分钟便能一部手机充电完成。 　　腾讯科学讯 据国外媒体报道，目前，美国一项创新电池技术将使人们的手机完全充电仅需12分钟，这将意味着手机充电几个小时的历史将不再出现! 　　更重要的是，美国马里兰大学研究人员表示，这项最新发明将带来人们长期寻求的微型化能量存储元件，电动汽车可能受益于该创新技术。 　　使用叫做&ldquo 纳米孔&rdquo 的电池可携带电解液，在纳米管电极末端之间保持电荷，数百万个纳米孔单元可容纳在一个邮票大小的电池上。研究报告合著作者埃莉诺-吉列(Eleanor Gillette)说：&ldquo 纳米孔是非常微小的孔状结构，其直径仅不足人类头发直径的8万分之一，放置在一个陶瓷薄片上。&rdquo 　　研究报告作者、马里兰大学材料科学和工程系博士生Chanyuan Liu强调称，我们在纳米孔两端覆盖能量存储材料，之后对每个纳米孔加注电解液，它将变成一个电池，所有纳米孔都并行连接在一起。这项最新研究报告发表在近期出版的《自然纳米科技》杂志上，声称仅在12分钟之内便能对手机完全充电，并且它可以重复使用数千次。 　　Chanyuan Liu说：&ldquo 快速充电技术具有广阔的发展前景，这种微型电池潜在等同于主流电池，其最大优势在于能够快速充电。&rdquo 　　目前，研究人员表示，将逐步完善这项技术，预计下一批微型电池的蓄电量将提升10倍。这将对电动汽车和电动设备带来革命性创新。

铜锌锡硫硒太阳能电池（CZTSSe）是一种新型薄膜太阳能电池，因吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、组成元素储量丰富、环境友好且价格低廉而颇具发展潜力，从而备受关注。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队多年来在该类薄膜太阳能电池方面开展了系统研究，在高质量铜锌锡硫硒薄膜制备、界面调控、器件载流子动力学分析和电池效率提升等方面取得了系列研究成果。例如，基于二甲亚砜（DMSO）体系，发展了一种可以同时调控背界面和吸收层体相缺陷的Ge掺杂策略，所制备的CZTSSe电池认证效率为12.8%；在界面研究方面，引入有机电子传输层（PCBM）增强电荷抽取与传输，实现了12.9%的电池效率；在溶剂工程方面，发展了一种环境友好的水溶液体系，探索了小分子配体与金属离子相互作用对前驱膜、硒化膜晶体生长、薄膜微结构及器件性能的影响，获得了12.8%的电池认证效率。该团队已在CZTSSe电池材料及器件方面申请国家发明及实用新型专利13项。　　近日，该团队与南京邮电大学教授辛颢合作，从硒化动力学角度出发，通过调节腔室压强来改变半封闭石墨盒中的硒化反应速率，进而调节铜锌锡硫硒薄膜的相演变过程。增加腔室压强后，研究通过原位实时硒分压监测发现，在硒化早期，硒分压被抑制，从而降低了硒化升温阶段（200-400 ℃）中前驱膜与气态硒蒸汽的碰撞几率；同时，正压条件下硒化能够抑制元素的非均匀扩散。在以上两点共同影响下，相演变过程在相对更高的温度下开始（＞400 ℃），前驱膜表面经常出现的CuxSe、Cu2SnSe3等中间相被抑制，因此，实际相演变过程一步完成。由此获得的银替位CZTSSe（ACZTSSe）吸收层晶体质量高、内部孔洞少、表面缺陷浓度显著降低。所制备电池体相缺陷浓度降低了约一个数量级，电学性能也得到明显改善，并实现了全面积14.1%效率（认证全面积13.8%）的太阳能电池，是目前报道的最高效率。这一工作为进一步理解和调控铜锌锡硫硒相演变过程提供了动力学调控思路，并为其他类型多晶薄膜生长制备提供借鉴意义。　　相关研究成果以Control of the Phase Evolution of Kesterite by Tuning of the Selenium Partial Pressure for Solar Cells with 13.8% Certified Efficiency为题，发表在《自然-能源》（Nature Energy，DOI：10.1038/s41560-023-01251-6）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。图1.（a）铜锌锡硫硒的相演变路径示意图；（b）原位监测获得的不同腔压下反应过程中的硒分压曲线；（c）铜锌锡硫硒太阳能电池认证报告（国家光伏产业计量测试中心）。图2.（a）对比组吸收层的SEM正面和截面图像；（b）实验组吸收层的SEM正面和截面图像；（c）对比组吸收层的能带结构；（d）实验组吸收层的能带结构。

科技日报2010年05月22日讯 英国研究人员在最新一期的《自然材料学》杂志撰文指出，他们找到了一种简单而精确的方法，可以监控锂电池中正在进行的化学反应，尽早发现和量化容易引发火灾的枝状晶体的形成。研究人员表示，该新方法将助力锂电池的大规模商业化应用。 　　目前，锂电池广泛地应用于手提电脑和手机中，它也是下一代电动汽车发展的“引擎”。但是，锂电池存在着一个主要的缺陷：在几次充放电循环之后，尤其是锂电池被快速充电后，炭阳极会出现细小的锂纤维(枝状晶体)，这些枝状晶体会引发短路，导致电池快速过热甚至引火爆炸。 　　通过利用理论模型、光学显微镜和扫描电子显微镜来研究枝状晶体的形成，研究人员找到了一种量化已经成型的枝状晶体数量的方法，并在使用核磁共振成像光谱观察一个1厘米长的电池中发生的化学反应时验证了新方法。

中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授宋礼团队基于插层型锌离子电池正极材料的同步辐射谱学表征，提出了插层剂诱导Vt2g轨道占据的概念，开发了具有快速充电性能的铵根插层五氧化二钒锌离子电池正极材料。相关研究成果以Intercalant-induced Vt2gorbital occupation in vanadium oxide cathode toward fast-charging aqueous zinc-ion batteries为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。　　水系锌离子电池（ZIBs）凭借安全、无毒以及较高的理论容量而成为最具潜力的可持续储能技术之一。在众多ZIBs电极材料中，层状钒氧化物具有晶体结构可调、容量高等特点，是现阶段广泛研究的正极材料。基于离子或分子预插层策略可以有效解决正极材料的晶格空间不足和电子传导性低等问题，从而进一步提升电池性能。然而，目前对插层型正极材料的研究聚焦于层间空间膨胀对容量的贡献。因此，发展先进的原位表征技术，从原子轨道方面深入理解由插层剂引起的电极材料内在结构变化是未来高性能正极材料设计和开发的关键。　　本工作发挥同步辐射光源的综合性实验平台的优势，结合多种原位与非原位同步辐射谱学实验技术，揭示了铵根离子（NH4+）插层后，V2O5中V 3dt2g轨道占据的变化以及充放电过程中的可逆演变规律。研究发现，NH4+插层在较大程度上诱发了V-O键的结构畸变，进一步导致电子结构的重排，促使Vt2g轨道中3dxy空态的占据。这种Vt2g轨道占据提高了材料的电导率，联合NH4+插层后拓宽的层间距，从而显著加速了锌离子（Zn2+）的转移，实现了锌离子电池的超高倍率性能。测试结果表明，在电流密度为200 C时，铵根插层五氧化二钒（NH4+-V2O5）正极材料的比容量仍维持在101.0 mA h g-1，且充电时间仅需18 s。该工作从原子轨道方面对插层型V2O5材料中Zn2+储能机制的理解提供了依据，并为高性能锌离子电池在快充储能器件中的应用奠定了基础。　　研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会、中科院国际伙伴计划与合肥综合性国家科学中心能源研究院等的支持。应用于高性能ZIBs正极材料NH4+-V2O5的Vt2g轨道占据机制。 应用于高性能ZIBs正极材料的NH4+-V2O5储能机理分析。

近日，大连化物所太阳能研究部(DNL16)李灿院士、秦炜博士和博士研究生Wajid Ali等在有机铅卤钙钛矿(MHP)太阳电池研究领域取得新进展，揭示了钙钛矿材料非辐射复合与晶格应变之间的关联，并通过调控铁弹应变使太阳电池开路电压接近热力学极限。 　　李灿团队在研究光(电)催化等太阳燃料合成同时，长期探索太阳电池的新材料和新机制，在有机太阳电池和钙钛矿太阳电池基础科学问题的研究方面也取得重要成果，提出了Dion-Jacobson二维相钙钛矿可以显著提升钙钛矿电池性能和稳定性。原理上，铁电材料的晶格电场可以显著提升光生载流子的分离。本工作利用了MHP相变过程与结晶过程的耦合，通过诱导各向异性的对称性破缺，制备了在室温下稳定存在的钙钛矿铁弹体。在外加电场下，离子晶体的电致伸缩性质会使MHP发生铁弹应变。该工作发现，铁弹应变下MHP中光生载流子的非辐射复合会被显著抑制。通过精细表征铁弹应变下的晶体结构，研究人员建立了MHP的铁弹应变与非辐射复合之间的关联。进一步，该研究结合理论计算揭示了铁弹应变会使畴壁晶胞发生铁电相变，在外电场作用下铁电晶格电场会对齐并形成稳定的电荷分离能力。通过诱导铁弹应变，铁电电场的电荷分离能力可以使得MHP太阳电池的开路电压提升约150 mV，达到1.26 V，接近该材料的热力学极限(1.32 eV)。上述结果为MHP材料的铁电电场形成机制提供了新的关键证据。 　　相关成果以“Suppressing non-radiative recombination in metal halide perovskite solar cells by synergistic effect of ferroelasticity”为题，发表在《自然—通讯》(Nature Communications)上。该工作的第一作者是大连化物所DNL16的助理研究员秦炜和博士研究生Wajid Ali，其中理论计算工作由北京航空航天大学王建峰博士合作完成。该工作得到国家自然科学基金、国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目、大连化物所创新基金等项目的资助。

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中国科学技术大学教授徐集贤团队与合作者，针对钙钛矿太阳电池中长期普遍存在的“钝化-传输”矛盾问题，提出了命名为PIC(porous insulator contact，多孔绝缘接触)的新型结构和突破方案，基于严格的模型仿真和实验给出了PIC方案的设计原理和概念验证，实现了p-i-n反式结构器件稳态认证效率的世界纪录，并在多种基底和钙钛矿组分中展现了普遍的适用性。2月17日，相关研究成果以《通过一种多孔绝缘接触减少钙钛矿太阳电池中的非辐射复合》(Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact)为题，发表在《科学》(Science)上。“钝化-传输”矛盾问题在光电子器件中(如太阳电池、发光二极管、光电探测器等)普遍存在。为了减少半导体表面的非辐射复合损失，需要覆盖钝化层来减少半导体表面缺陷密度。这些钝化材料的导电率一般较低，增加其厚度会增强钝化效果，但同时导致电流传输受限。由于这个矛盾，目前这些超薄钝化层的厚度需要极为精确的控制在几个甚至一个纳米内(nm，十亿分之一米)，载流子通过遂穿效应等厚度敏感方式进行传输，对于低成本的大面积生产不利。钙钛矿太阳电池技术近些年引起广泛关注，主要器件类型包括钙钛矿单结、晶硅-钙钛矿叠层、全钙钛矿叠层电池等，有望在传统晶硅太阳电池之外提供新的低成本高效率光伏方案。钙钛矿电池中，异质结接触问题带来的非辐射复合损失已被普遍证明是主要的性能限制因素。由于“钝化-传输”矛盾问题的存在，超薄钝化层纳米级别的厚度变化均会引起填充因子和电流密度的降低。因此，各类钙钛矿器件亟需一种新型的接触结构能够在提高性能的同时大幅减少钝化厚度的敏感性。科研团队经过长期思考和大量实验探索，提炼出这种PIC接触结构方案(图1)。该研究的主要思想是不依赖传统纳米级钝化层和遂穿传输，而直接使用百纳米级厚度的多孔绝缘层，迫使载流子通过局部开孔区域进行传输，同时降低接触面积。研究团队的半导体器件建模计算揭示了这种PIC结构周期应与钙钛矿载流子传输长度匹配的关键设计原理。PIC方案与晶硅太阳能电池领域的局部接触技术有异曲同工之妙，然而，不同的是，钙钛矿中的载流子扩散长度较单晶硅要短很多，从毫米级别大幅减小到微米甚至更短，这要求PIC的尺寸和结构周期要在百纳米级别。传统的晶硅局部接触工艺不能直接满足这种精度要求，而使用高精度微纳加工技术在制备面积和成本方面存在不足。面对这一挑战，科研人员巧妙地利用纳米片的尺寸效应，通过PIC生长方式从常规“层+岛”(Stranski-Krastanov)模式向“岛状”(Volmer-Weber)模式的转变，采用低温低成本的溶液法实现了这种纳米结构的制备(图2)。研究在叠层器件中广泛使用的p-i-n反式结构中开展了PIC方案的验证，首次实现了空穴界面复合速度从~60cm/s下降至10cm/s(图3)以及25.5%的单结最高效率(p-i-n结构稳态认证效率纪录24.7%)(图4)。这种性能的大幅改善在多种带隙和组分的钙钛矿中均普遍存在，展现了PIC广阔的应用前景。另外，PIC结构在多种疏水性基底均实现了钙钛矿成膜覆盖率和结晶质量的提高(载流子体相寿命大幅提升)，对于大面积扩大化制备颇有意义。值得注意的是，PIC方案具有普遍性，可进一步在不同器件结构和不同界面中推广拓展；模拟计算指出目前实验实现的PIC覆盖面积未达到其设计潜力，可进一步优化获得更大的性能提升。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、合肥综合性国家科学中心能源研究院、中国科大碳中和研究院、上海同步辐射光源等的支持。美国科罗拉多大学博德分校科研人员参与研究。

因对电化学基础研究的突出贡献，他当选中国科学院院士。心怀科技报国初心，近年来，他带领团队立足学科基础研究，持续在新能源领域斩获面向产业的突破性成果，推动实验室成果与生产转化的连接。　　中国科学院院士、厦门大学教授孙世刚和他的团队一道，在服务区域发展和国家战略中，践行高校科研人的责任与使命。　　“滋… … ”显微镜旋转发出的响声又在召唤。　　透过镜片，再一次，孙世刚来到微观世界，探索能源转换密码。　　观测锂离子传输速度，记录晶体结构演化，复杂多变的微观世界，是孙世刚的“战场”。　　每一块电池中，固体电极与液体电解质碰撞交界，产生出奇妙的能量变化，这被称为“界面”。　　在“界面”不到20纳米的厚度里，藏着有关电池效率和寿命的奥秘。　　过去数十年，长期从事电化学、能源电化学研究的孙世刚及其团队，在这一领域持续攻关，并将科学研究与企业需求相结合，为地方产业发展提供强劲的科研支撑，助力产业发展。孙世刚教授在实验室进行质子交换膜燃料电池工况测试指导。潘万华/摄　　源于初心，怀着科技报国的深厚情怀　　“我心中有一种使命，就是推动国家的生产力发展，推动国家科技和产业崛起”　　与化学结缘，要追溯到40多年前。　　1977年，作为高考恢复后的第一届考生，孙世刚考上厦门大学化学系，并于1982年第一批公派留学前往法国攻读博士学位。　　1986年9月，孙世刚获得巴黎居里大学授予的法国国家博士学位，并留在法国科研中心界面电化学研究所继续博士后研究。　　“一到国外，我就意识到我们国家当时确实落后了很多年，那时我就下定决心，学好后要为国家做事情。”孙世刚说。面对选择，他毅然于1987年回到厦门大学。　　“我心中有一种使命，就是推动国家的生产力发展，推动国家科技和产业崛起。”孙世刚说，“当时的想法很朴素，赶快回国，把所学的知识教给学生，差距不能再拉大了。”　　心有所指，行有所向。回国后，孙世刚专注电化学和表界面研究，取得了一系列突破性成果。他先后主持完成国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家“973计划”项目等重要科研项目，是国家自然科学基金委“界面电化学”创新研究群体学术带头人。　　2015年，因在电化学领域的杰出贡献，孙世刚当选中国科学院院士。　　“科研就是一种攻坚，它需要勇气和坚韧。”面对当时国内科研条件与国外的差距，孙世刚迎难而上。设备陈旧落后，他想办法克服；科研经费欠缺，他能省则省。“为自己的祖国搞科研，再苦再累也值得！”他说。　　十多年前的一件往事，足以映射初心。2007年，孙世刚团队在纳米催化剂合成研究中取得重大突破，首次制备出高活性的二十四面体铂纳米晶催化剂。　　被广泛用于燃料电池、石油化工、汽车尾气净化等领域的铂催化剂，因铂金属资源有限,价格昂贵。提高铂纳米材料的催化活性、稳定性，一直是企业亟需。　　孙世刚团队的成果吸引了跨国企业的注意。　　“当时韩国企业派代表跨洋飞到厦门来找我，希望能够在技术上进行合作。”孙世刚表示，“但是这样的技术，我肯定要留在国内！”　　虽然拒绝了合作请求，但大型跨国企业对核心技术的渴求和战略眼光，让孙世刚感慨：我们什么时候也能有这样的企业？　　基础研究是科技创新的源头。把基础研究做扎实了，在国家快速发展中，研究成果必能对接到产业应用的方向。　　近年来，随着中国新能源产业崛起，企业迅速成长。宁德时代、厦门钨业等越来越多的行业龙头找上门来，寻求科研支持和合作。　　孙世刚当年的感慨，如今变成了满怀的信心。他主动肩负起责任，把自己的科学追求融入产业发展需求，带领团队开始与企业进行产学研合作。　　始于2011年1月的“界面电化学”创新群体项目，历时9年，在孙世刚的带领下，项目连续三次获得国家自然科学基金委员会的持续资助。从基础研究到实际应用，这个项目，成为孙世刚探索成果转化的舞台。　　“前两期研究内容主要是界面电化学的基础科学问题，到了第三期以后，我们转变重点，把目标放在解决产业界重要的应用问题，以及对国家战略需求作出贡献上。”孙世刚带领团队，将研究方向聚焦到新能源领域。孙世刚教授在实验室，指导研究生进行锂离子电池在线电化学质谱测试。施晨静/摄　　精于转化，打造面向产业的科研力量　　“我们的研发成果能够帮助企业创新，企业能力提升后产生的需求，也在帮助我们调整科研方向”　　新能源产业，是福建重点布局的战略性新兴产业。　　“十四五”时期，福建计划打造两个以上产值超千亿元的新能源产业集群。厦门作为新崛起的电动之城，此前已将中航锂电、海辰新能源、厦钨新能源等新能源龙头企业揽入怀中。2021年底，宁德时代投资70亿元，厦门时代锂离子电池生产基地项目(一期)开工建设。　　这样的土壤，让孙世刚团队的科学研究成果有了更广阔的用武之地。　　厦门厦钨新能源材料股份有限公司，是厦门本土第一家新能源电池材料上市公司。其母公司厦门钨业从2002年起，陆续建立能源新材料产业生产线，重金投入于先进电池材料的研发，并于2016年分拆出独立的新能源子公司——厦钨新能源。　　“研发新产品，一旦我们在技术开发中遇到了难以解决的理论问题，就需要依托高校进行联合攻关。”厦门钨业股份有限公司技术中心硬质材料研究所所长刘超表示。　　其实早在2012年，孙世刚团队就开始了与厦门钨业的技术合作，签订“新能源材料合作研究计划”，致力于提升锂电池正极材料性能。　　锂电池正极材料，是直接影响锂离子电池的性能、决定电池成本的关键因素。　　为了让手机待机时间更长，业内普遍做法是提高充电电压，以提高手机电池中钴酸锂材料的能量密度。但充电电压过高，会导致材料和界面不稳定，电池安全性能、循环性能下降。　　孙世刚团队成员李君涛教授介绍：“我们研究的技术，在钴酸锂材料表面形成包覆层，就相当于给它们穿了件‘防电衣’，使电池在高电压下也能正常充放电。”　　对此，厦钨新能源首席工程师魏国祯深有体会：“孙老师团队在这一领域的基础研究前沿并且深入运用他们的方法，加深了我们对电池材料界面的认识和理解，大大缩短了我们解决技术难题的时间。”　　2018年，厦门钨业获批国家发改委“高端储能材料国家地方联合工程研究中心”。孙世刚受聘担任中心技术指导委员会主任。孙世刚认为：“我们的研发成果能够帮助企业创新，企业能力提升后产生的需求，也在帮助我们调整科研方向。”　　科研成果与产业需求有效结合，双方的合作走向深入。如今，厦钨将能源新材料发展为三大主营业务之一，成为锂电正极材料领域的一流供应商。　　宁德时代，则是孙世刚团队进行成果转化的另一个舞台。　　作为电动车的心脏，动力电池占据整车成本的近40%。曾经，关键锂电技术和材料都掌握在日韩手中，突破不了电池技术，就难以在新能源汽车领域开拓新局面。　　2014年，宁德时代与孙世刚团队相遇。孙世刚团队自主研发的原位表征技术，助力宁德时代实现产品的变革性提升。　　孙世刚教授团队成员介绍：“这项技术可以让研发人员‘在线’观察锂电池材料变化，充放电同时进行分析。可以实时检测到哪种状态产生了气体，准确把握故障原因，并快速改进。”　　自2014年起，孙世刚担任宁德时代首届专家技术委员会委员；2016年，宁德时代建立了院士专家工作站；2017年，宁德时代企业博士后流动站成立，黄令教授作为合作导师，共同培养企业博士后至今。　　“宁德时代实现愿景离不开创新，高校是在创新路上最重要的合作伙伴，厦门大学更是新能源产业科研领域的佼佼者。”宁德时代董事长曾毓群表示，高校的教研优势、人才优势，将为新能源产业集群持续提供创新动能。　　谋于未来，聚焦科技竞争和发展制高点　　“我们搞科学研究，就是要结合国家和社会需要解决的问题，用心做，不断探索”　　面对蓬勃发展的新能源产业，电化学在燃料电池、电动汽车等领域正大有可为。而此时，孙世刚团队已将研究方向投向了更远的未来，以抢占科技竞争和发展制高点。　　孙世刚说：“我们搞科学研究，就是要结合国家和社会需要解决的问题，用心做，不断探索。”　　氢能具有来源广、燃烧值高、零碳排等优势，作为具有发展潜力的清洁能源，全球已有多个国家和地区发布了氢能源发展规划或路线图。当前我国氢能产业也处在快速发展阶段。　　“氢的大规模运用是一个重要的发展方向。”孙世刚表示，“氢燃料电池商业化一直受阻于昂贵的铂基催化剂。怎样把催化剂效率提上去，同时把成本降下来，是我们未来研究重点。”　　在厦门大学，以孙世刚团队为代表，氢能已开始了技术攻关和产学研结合。在氢能与燃料电池技术方面，嘉庚创新实验室已建立新型协同攻关机制，联合厦门金龙、宁德时代、厦门钨业等开展产业攻关。　　参与嘉庚创新实验室氢能产学研攻关的周志有教授，是孙世刚团队成员。他介绍：“用铂金属做氢燃料电池催化剂材料，成本很高。现在，我们正以厦门钨业的钨、钼材料为基体，研制氢燃料电池用催化剂材料。”　　这些研究，为未来燃料电池新型催化剂的研制提供了新思路。　　与厦钨新能源的合作，同样正迈向更广泛的空间。锂硫电池，比钴酸锂电池具有更高能量。为在激烈的电池材料竞争中保持先机，厦钨新能源与孙世刚团队，正共同开展锂硫电池方面的研发。　　如今，孙世刚团队不断突破研究边界，正为抢占新能源科研制高点助力。团队成员廖洪钢教授毅然从国外归来，加入孙世刚团队。“这里不仅有我需要的实验室设备，更有我向往的团队科研氛围。”廖洪钢说。　　经过潜心攻关，廖洪钢通过MEMS加工技术在电子显微镜中成功构筑了一个纳米实验室。“借助这一技术，我们可以动态实时观察物质结构，全程高清拍摄每个原子的变化和运动轨迹。”廖洪钢表示，这项技术，可广泛应用于基础研究及产业升级等领域。　　2019年，廖洪钢成立了厦门超新芯科技有限公司，获评国家级高新技术企业，目前已完成千万级天使轮融资，成为成功切入全球电镜产业链的中国科技企业代表。　　对未来的科学研究与成果转化，孙世刚院士充满信心：“按照现有的研究基础，我们期望未来在基于非贵金属催化剂的燃料电池、超高比能量密度和比功率密度储能体系以及解决一些国家重大需求方面，取得新的突破。”

近日，中国科学技术大学高敏锐教授课题组研制出一种高抗氨毒化的镍基碱性膜燃料电池阳极催化剂，其在阳极含10 ppm氨的膜电极组装中，能保持95%的初始峰值功率密度和88%的初始电流密度(0.7 V下)，远超商业铂碳催化剂。相关成果以“Efficient NH3-Tolerant Nickel-Based Hydrogen Oxidation Catalyst for Anion Exchange Membrane Fuel Cells”为题发表在国际著名学术期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 31, 17485)上。氢氧燃料电池由于比能量高和零排放等优点，有望在国家“双碳”战略中扮演重要的角色。然而，商业铂碳催化剂极易被氢气燃料中的氨气毒化而导致性能降低。特别地，在碱性膜燃料电池中，铂基催化剂的氢气氧化反应动力学缓慢，其与氨毒化协同作用，加速电池性能的衰退。因此，设计高活性、高抗氨毒化的新型阳极催化剂是碱性膜燃料电池实用化亟需解决的难题。 　　通常，过渡金属结合氨的能力与其未占据和占据的d轨道相关，其既可接受来自氨的电子也能向氨反向供给电子，两者都能增强氨的吸附。钼镍合金是高效氢氧化催化剂，研究人员认为营造镍位点的富电子态会排斥氨的孤对电子供给，而引入比镍电负性小的元素可以提供电子获得镍的富电子态。研究人员发现，将Cr掺杂入钼镍合金不仅获得镍的富电子态来抑制σN-H→dmetal电子供给，同时还使d带中心下移阻隔了d→σ*N-H的反向电子供给，两者协同作用大大削弱了氨吸附。 图1.氨毒化机制和电子态调控 　　旋转圆盘电极测试表明，该催化剂在2 ppm氨存在条件下电化学循环1万次性能几乎没有损失，而铂碳催化剂性能损失严重。在实际的碱性膜燃料电池中，以该催化剂作为阳极组装的器件在10 ppm氨存在下可保留95%的初始峰值功率密度。相比之下，铂碳催化剂的功率输出则降低至初始值的61%。 　　衰减全反射-表面增强红外吸收光谱测试表明，没有Cr掺杂的钼镍合金与商业铂碳催化剂在不同电位下对氨具有吸附行为。经Cr调制的催化剂表面则没有任何氨吸附峰的存在。同时，电子能量损失谱和电子顺磁共振分析也表明Cr的引入使得镍的d带占据数更高，验证了其富电子态催化中心；理论计算发现Cr引入可降低镍的d带中心，佐证了氨在其表面吸附被削弱。 　　近年来，高敏锐研究小组致力于碱性膜燃料电池非贵金属电催化剂的研制和应用研究(Acc. Chem. Res.2023, 56, 12, 1445；Nat. Catal. 2022, 5, 993；Nat. Commun. 2021, 12, 2686；Nano Lett. 2023, 23, 107；Nano Res. 2023,16, 10787)。在之前的工作中，该小组与杨晴教授合作发现Co元素的掺杂可以有效抑制镍的d轨道对一氧化碳分子2π*反键轨道的电子“反向供给”，获得了高一氧化碳耐受性的氢气氧化非贵金属电催化剂(Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202208040)。 　　论文的通讯作者是合肥微尺度物质科学国家研究中心高敏锐教授，共同第一作者为中国科大博士研究生王业华、博士后高飞跃和张晓隆。相关研究受到国家自然科学基金委、国家重大科学研究计划、安徽省重点研究与开发计划等项目的资助。

新材料不含贵金属 成本不再高企 　　近日，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室博士邓德会、研究员潘秀莲、院士包信和等与洁净能源国家实验室燃料电池研究部合作，首次完成用铁替代燃料电池催化剂中贵金属的实验。相关研究成果日前在线发表于《德国应用化学》。 　　据了解，利用氢气发电是未来先进可持续能源体系发展的重要目标。为了实现这一目标，作为重要能量转换装置的质子交换膜燃料电池将会发挥不可替代的作用。然而，该类燃料电池需要大量的贵金属，如铂、钯、钌等作为催化剂，进而影响了其大规模应用。因此，大幅降低燃料电池电极材料中的贵金属含量，并最终采用地球上丰富的“廉”金属元素完全替代贵金属已成为该领域的重大机遇和挑战。 　　为此，该研究团队创造性地将铁基金属纳米粒子限域到具有豆荚状结构的碳纳米管的管腔中，采用该研究组新近研制成功的深紫外光发射电子显微镜，并借助上海光源先进的X射线吸收谱，结合理论计算，首次观察到金属铁的活性d电子通过与组成碳管壁的碳原子相互作用而“穿过”碳管管壁，使富集在碳管外表面的电子直接催化分子氧的还原反应。 　　该实验和理论研究进一步证实，在这一体系中，包裹纳米金属铁的碳壁阻断了反应气体与铁纳米粒子的直接接触，从原理上避免了反应过程中活性金属铁纳米粒子的深度氧化以及反应气氛中其他有害组分对催化剂的毒害，从而在根本上解决了纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。 　　业内专家认为，该项研究不仅为燃料电池催化剂的贵金属替代研究提供了行之有效的途径，而且，由此发展出来的概念为在苛刻条件下运行的催化剂的设计和制备开辟了新方向。 　　以上研究得到了国家自然科学基金委和科技部等相关项目的资助。

“中国科学十大进展”遴选活动旨在宣传我国重大基础研究科学进展，激励广大科技工作者的科学热情，开展基础研究科学普及，促进公众了解、关心和支持基础研究，在全社会营造浓厚的科学氛围。自2005年启动以来，已成功举办18届。“中国科学十大进展”遴选活动坚持由第三方推荐的原则，并由基础研究领域的高水平专家学者广泛参与投票，确保遴选结果的公正性和代表性。历年入选进展较为全面地记录了我国基础科学研究的重要成果，得到了社会各界广泛关注，已成为盘点我国基础研究领域年度重大科学成果的品牌活动。2023年度第19届“中国科学十大进展”遴选活动由国家自然科学基金委员会主办，国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心（基础研究管理中心）和科学传播与成果转化中心承办，《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》《科学通报》协办，分为推荐、初选、终选、审议4个环节。《中国基础科学》等推荐了2022年12月1日至2023年11月30日期间正式发表的600多项科学研究成果，由近100位相关学科领域专家从中遴选出30项成果，在此基础上邀请了包括中国科学院院士、中国工程院院士在内的2100多位基础研究领域高水平专家对30项成果进行投票，评选出10项重大科学研究成果，经国家自然科学基金委员会咨询委员会审议，最终确定了入选2023年度“中国科学十大进展”的成果名单。入选名单cted ls发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应机制电化学原位透射电子显微镜技术研究锂硫电池界面反应锂硫电池具有极高的能量密度（理论值：2600 Wh kg-1）和较低的成本，然而受限于传统原位表征工具的时空分辨率及锂硫体系的不稳定性和环境敏感性等因素，在原子/纳米尺度上对锂硫电池界面反应的理解尚不深入。厦门大学廖洪钢、孙世刚和北京化工大学陈建峰等开发高时空分辨电化学原位液相透射电镜技术，耦合真实电解液环境和外加电场，实现对锂硫电池界面反应原子尺度动态实时观测和研究。发现电池活性材料表面分子聚集成为分子团进行反应，电荷转移可以首先存储在聚集分子团中，分子团得到电子但不会发生转化，直到获得足够电子后瞬时结晶转化。而没有活性的材料表面遵循经典的单分子反应途径，多硫化锂分子逐步转化为Li2S。模拟计算表明，活性中心与多硫化锂之间的静电作用促进了Li+和多硫分子的聚集，证实分子聚集体中的电荷可以自由转移。近百年来，电化学界面反应通常被认为仅存在“内球反应”和“外球反应”单分子途径。该研究揭示了电化学界面反应存在第三种“电荷存储聚集反应”机制，加深了对多硫化物演变及其对电池表界面反应动力学影响的认识，为下一代锂硫电池设计提供指导。以上来源：中国科学院院刊廖洪钢 教授厦门大学科研工作介绍：开发多种原位电镜芯片反应器及系统，将液体、气体引入电子显微镜并与电、热、光、力等外场相结合，实现原子尺度实时成像、价态等动态反应过程信息获取，为化学、材料基础研究及应用提供了一个新的微观视角。实时观察研究了溶液中多种纳米晶的成核生长及形貌演变过程，革新了纳米晶生长规律的认识，被报道为“塑造纳米晶体的未来”，“颠覆了一百多年来对晶体生长规律的认知”。近百年来电化学界面反应通常被认为仅存在“内球反应”和“外球反应”单分子途径，电化学反应的原位研究在原子/分子尺度揭示了电极表面分子、离子的聚集形态、电子转移反应过程，发现电化学界面反应存在第三种“电荷存储聚集反应”机制，为下一代电池设计提供指导。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队成员兰元其、姚文娇、何小龙等人在化学期刊《德国应用化学》上发表混合聚阴离子正极材料综述，全面评述了高效低成本混合聚阴离子正极材料的最新进展和发展策略(Mixed polyanionic compounds as positive electrodes in low-cost electrochemical energy storage,& nbsp Angew. Chem. Int. Ed.& nbsp 2020, DOI：10.1002/anie.201915666）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由于锂、钴等资源储量有限且分布不均匀，锂离子电池成本越来越高，难以满足太阳能、风能、潮汐能等大规模储能领域的发展需求。与锂电相似，钠离子电池、钾离子电池以及多价离子电池的性能及发展前景如何，关键在于开发出相应的电极材料和制造工艺的优化。近年来，研究团队围绕储能器件及关键材料开展了系列研究工作，在正极材料领域率先开展了草酸盐体系（Nat. Comm.& nbsp 2019, 10, 3483）、混合聚阴离子体系（Angew. Chem. Int. Ed.& nbsp 2020, 59, 740,& nbsp Nat. Comm.& nbsp 2020, In press）新型正极材料的开发及其电化学反应机理的研究工作。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该综述首先讨论了多种金属离子作为二次电池载荷离子的优缺点。载荷离子作为电池最关键的影响因素，其本征物理、化学特性影响着电池的整体性能。综述从资源、成本、离子半径、价电子势、荷质比及标准电势六大方面，分析了各离子的特征及其作为载荷离子的优缺点。其次，作为二次电池的短板，相关正极材料的性能决定了电池的电化学性能；尤其是提供电荷补偿的过渡金属离子对电池的容量、工作电压、能量密度等有着重要的影响。综述从过渡金属的资源、成本、电势、可转移电子数、环境友好程度及已知化合物种类六方面，分析、比较了常见过渡金属作为二次电池正极材料氧化还原对的优缺点。最后，鉴于目前混合聚阴离子型正极材料研究较少的现状，综述详细阐述了聚阴离子作为正极材料结构框架的稳定性优势，总结了无机晶体结构数据库中已有的混合聚阴离子化合物种类，指出了多种体系仍未被研究，阐明了在相关体系发现新化合物的可能性以及新型正极材料的潜在优势。该综述对发展高效低成本环保电池正极材料具有重要指导意义。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该研究得到国家自然科学基金、广东省科技计划、深圳市科技计划等资助。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915666" target=" _self" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 论文链接 /span /strong /a /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/80def067-1ee3-43b7-96d8-04e5d7403dfc.jpg" title=" 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计.jpg" alt=" 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计 /strong /p p br/ /p

随着电动汽车行业越来越普遍，带动着锂电池行业的蓬勃发展，但随之而来的电动汽车自燃的事故也频频发生，主要原因是锂电池的。那么，在给电动汽车组装电池的过程中，要注意什么以防安全事故的发生呢？01锂电池热失控的危险大多数电动汽车的电池模块和电池组的制造商在组装时会使用具有一定电量的电池，因为人们普遍认为完全放电的锂离子电池比完全充电的锂离子电池更危险。当各个电池模块连接时，电流将开始在组件之间流动。通常，这种电流会导致电池或模块的温度升高。随着温度的升高，系统内的电压会降低随即导致电流增加，从而进一步升高温度。这种温度升高的循环被称为“热失控”，如果不被发现，可能会导致电池损坏，进而导致设施内起火甚至爆炸。电池管理系统（BMS）可用于监测温度，并通过检查连接是否松动和内部短路来确保电池的健康。然而，BMS通常直到组装过程的后期才安装到系统中。因此，在初始组装期间，使用手持式红外测温枪来监测电池和模块的温度，其仅能在小区域内提供温度信息或根本提供不了有效温度信息。那么，该如何从源头避免温度上升而导致的火灾事故呢？02A系列热像仪：源头监控电池组装全程使用可见光相机监控检查电池的组装过程，是无法及时验证电池的健康状况。幸好红外热像仪能为电池系统制造商提供监控整个电池组件的能力，避免出现温度升高和热失控造成的潜在危险情况。由于电池配置在不同的装配线之间会有很大的差异，因此选择一款能够测量数千个不同点温度的热像仪，有助于确保不会错过任何关键热点。FLIR A系列高级智能传感器热像仪易于通过在线界面进行安装和控制比如FLIR A系列高级智能传感器热像仪就非常适合用于监测电池组件的每个排气口。用户可以在线使用热像仪控制界面创建多个目标区域，并为每个ROI设置最大温度报警阈值。使用EtherNet/ IP，当超过临界温度阈值时，立即将报警信号发送到工业PLC，以进行数据记录和控制报警指示灯。这种配置还提供历史温度数据记录，如果出现危险情况，为工人提供了一个可视指示器，并消除了使用手持式温度测量设备时人为错误的可能性。在电池组上进行FLIR A70红外热像仪监控测试FLIR A70等A系列智能传感器固定安装式热像仪的使用，提高了用于检测热失控条件的温度测量的重复性和可靠性，显著改进了使用手持式测温枪的单个操作员。自动化和改进的热监控提供了一定程度的保证，可以快速检测到任何潜在危险，这有助于降低工厂人员和设施的风险。FLIR A系列热像仪非常适合需要机载分析和警报功能用于状态监测和早期火灾探测应用的用户它们机身小巧方便集成是一款灵活可配置的解决方案可以满足众多行业客户的独特自动化需求。

M13病毒可提高太阳能电池性能 　　美国麻省理工学院4月26日在其网站上宣称，该校研究人员日前开发出了一种新技术，可通过一种名为“M13”的病毒将太阳能电池的光电转换效率提高近三成。相关论文发表在最新一期《自然纳米技术》杂志上。 　　先前的研究已经发现，碳纳米管可以提高太阳能电池的转换效率。理想的情况下，碳纳米管会收集更多的电子，提高太阳能电池的表面积，从而产生更大的电流。但麻省理工学院的研究人员发现，该技术也存有一定的局限性。碳纳米管有两种，按功能可分为半导体类碳纳米管和导线类碳纳米管，两种纳米管不但在作用上不同，还容易发生聚集，从而严重影响转化效率。 　　研究人员经研究发现，M13病毒可以很好地解决这一问题。这种病毒长度为880纳米，结构简单易于操控，且对人体无害。M13病毒中的一种肽可使其附着在碳纳米管上，从而保证纳米管处于恰当的位置上，避免与其他碳纳米管发生黏连。每个病毒使用300个左右的蛋白质分子可以控制大约5到10个纳米管。实验显示，采用病毒结构的新型太阳能电池可将光电转化效率从普通太阳能电池的8%提高到10.6%，而新系统在重量上只增加了0.1%。 　　研究人员发现，除可固定碳纳米管外，M13病毒还会产生出二氧化钛，而二氧化钛颗粒可有效提高电子的传输效率。这种物质同样也是“格雷策尔电池”中的主要组成部分。“格雷策尔电池”也被称为染料敏化太阳能电池，工作原理是通过模仿光合作用产生电能。其发明人瑞士洛桑联邦高等理工学院光子学和界面试验室主任迈克尔格雷策尔曾因该技术被授予芬兰2010年“千年技术奖”。此外，M13病毒还会让碳纳米管具有水溶性，使其在室温条件下可更方便地加入到太阳能电池板中，从而降低生产成本。 　　研究人员称，关于两种碳纳米管在太阳能电池中具有不同效用的发现也是此次研究的一项重要成果，此前还没有被实验证明过。半导体纳米管可以提高太阳能电池的性能，但导线类纳米管的作用却正好相反。该发现或有助于设计出更有效的纳米电池、压电材料或其他与电力相关的材料。 　　负责该项研究的麻省理工学院教授安吉拉贝尔彻说，该技术还可以用来设计其他病毒增强型太阳能电池，包括量子点和有机太阳能电池。在提高普通太阳能电池的转化效率上该技术也有很大的潜力，不过这有赖于生物技术的进一步发展。

美国宾夕法尼亚州立大学环境工程系教授Bruce Logan的研究组正在尝试开发微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净的水，同时发电。无论对发展中国家还是发达国家，这项“一举两得”的技术都相当诱人。更诱人的是，据美国国家自然科学基金会(NSF)网站消息，该项技术未来还可能实现海水淡化，成为“一举三得”的技术。 　　污水处理费时、费钱还消耗大量能量，基本是个只投入不产出的行业，也是让各国政府头疼的一大难题。有数据称，5%的电力消费被用于污水处理。根据美国国家发展委员会统计，美国每年需要处理330亿加仑的生活污水，处理费用大约为250亿美元，其中大部分为能源成本。 　　因此，又能净化水质、又能发电的微生物燃料电池一旦出现，将有望把污水处理变成一个有利可图的产业。Logan认为，未来污水处理厂通过使用微生物燃料电池不仅可以满足自身用电，还能向外输电。 　　传统的燃料电池利用氢气发电，但Logan和他的研究小组首次尝试使用富含有机物的污水来发电。理论上说，直接将污水倒入燃料电池就可以发电同时净化污水。该电池系统的工作原理是：污水中的细菌以有机物为食，随之释放电子，电子在燃料电池的碳棒上集聚，在水中形成电流回路。一旦放电能力提高到一定程度，就可加以利用。 　　早在2005年，Logan的小组就宣布研制出微生物燃料电池。他们在实验室里产生了72瓦的电流，用以驱动一个小风扇。 　　最近几年，实验室在NSF的资助下又获得一系列进展。例如，除了产生电流，给系统另外加上一点电压，还能产生氢气。氢气是一种环境友好的清洁能源，有多种工业用途。 　　另外，Logan还在试验往燃料电池中通入海水，这样不仅能够产生更多的电能，如果试验成功，该系统就可以同时产生能量、处理污水并淡化海水，可谓一箭三雕。 　　实际上，微生物燃料电池并不是一个新概念。早在1910年，英国植物学家马克比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，他用铂作为电极成功制造出了世界第一个微生物燃料电池 1984年，美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池，它的燃料为宇航员的尿液和活细菌，不过放电率极低。 　　除了Logan，世界上还有其他的研究组在开发微生物燃料电池，不过都没有走出实验室。 　　虽然目前还未有商业产品问世，但多伦多大学的科学家戴维伯格雷曾估计污水中潜在的电能价值是其处理成本的10倍。Logan则认为，只要能利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。不过他估计，微生物燃料电池实现工业应用还需5~10年。 　　在现阶段，Logan指出，突破工业应用的关键问题仍然是如何继续降低成本、提高电池性价比。 　　据悉，在早期的研究中，Logan小组使用了大量昂贵的材料，如昂贵的石墨电极、聚合物以及铂等贵金属。但其最新的电池系统已经使用了更便宜并且环境友好的材料。“我们现在已经可以不用任何贵金属。”Logan说。