近日,我校物理與電子信息工程學(xué)院李新宇研究員、肖劍榮教授團隊在頂級期刊《Advanced Materials》(中科院一區(qū)TOP期刊,2024年影響因子27.4)上發(fā)表題為“Modularized Cathode with Neural Network Topology for High Rate and Fault-Tolerant Lithium-Sulfur Batteries”的學(xué)術(shù)成果。該研究成果首次提出了電極的容錯策略并闡明了其作用機制,為儲能電池的設(shè)計與安全性提供了全新的視角。
高倍率鋰硫電池的研發(fā)面臨諸多核心技術(shù)難題,主要包括硫的氧化還原動力學(xué)緩慢、多硫化物的穿梭效應(yīng)、硫及其放電產(chǎn)物硫化鋰的絕緣特性,以及充放電過程中引發(fā)的顯著體積膨脹。突破這些瓶頸的關(guān)鍵在于將電極設(shè)計與鋰硫體系固有特性精準(zhǔn)耦合。本研究通過構(gòu)建具有嵌入納米酶的微反應(yīng)器單元對其進行有序排序和高效互連,設(shè)計了一種具有全連接級聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型電極系統(tǒng)(CoB1N3-MR/FNN)。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了單個反應(yīng)器內(nèi)的高效能量轉(zhuǎn)換,而且顯著提高了電極的長程電荷傳輸效率和能量聚集能力,且可通過分布式儲能單元和冗余電荷傳輸通道實現(xiàn)對局部損傷的容錯。這種用于能量轉(zhuǎn)換和電荷傳輸?shù)膮f(xié)同增強電極系統(tǒng)具有高比放電容量,并在高硫負(fù)載、低電解質(zhì)和柔性袋電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,具有廣泛的實際應(yīng)用價值。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金(12164013)的支持。我校為第一完成單位,我校物理與電子信息工程學(xué)院李新宇研究員、肖劍榮教授,廈門大學(xué)彭棟梁教授、湖南大學(xué)段曦東教授為論文共同通訊作者,第一作者為我校物理與電子信息工程學(xué)院2022級碩士研究生郭鵬博。

CoB1N3-MR/FNN電極系統(tǒng)的工作機理及表征分析
(一審:朱鵬飛;二審:肖劍榮;三審:張富文)