北理工團隊在未來供電的智能電池領域發表綜述文章
發布日期：2024-05-15 供稿：材料學院 黃永鑫、陳人杰 攝影：材料學院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數：
北京理工大學材料學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）上發表。北京理工大學陳人杰教授、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應用，但其電化學性能和適應性仍然受到固有材料缺陷和復雜技術創新的限制。面對以信息技術和人工智能為代表的第四次工業革命，基于這些顛覆性材料和技術，可以構建出電化學性能優越、可靠性突出的新型電池。基于多技術融合及多學科交叉，研究人員將智能概念引入電池設計和開發中，其主要是指電池與互聯網背景下的先進技術和先進材料的兼容性發展，最終實現深度融合。
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、動態響應、自主決策等功能的能量轉化與存儲系統，它集中運用了各種高新技術以及多學科交叉融合，實現對新型電池的設計制造與管理控制，可以滿足儲能系統的電化學性能提升、安全可靠性改善、應用適應性拓展和功能多樣性優化的需求。根據智能功能的特點，作者按智能電池發展的智能程度將其分為實時感知型智能電池、動態響應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功能
圖2 智能電池發展路線圖
雖然智能電池的研究已成為近年來的熱點，但對其電化學性能、智能行為和實用性的探索仍處于起步階段。為實現智能電池的開發與制造，在實現其功能多樣化和性能優化的技術發展路線中，面臨著諸多挑戰與機遇。作者總結討論了當前智能電池面臨的科學問題以及可實現技術途徑。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和人工智能算法進行改進；動態響應型智能電池，需突破智能材料設計應用對電池整體電化學性能影響等制約，結合機器學習和電化學模擬加速實現新材料篩選和電池系統集成優化；自主決策型智能電池，需應對海量數據傳輸和模型精度自主調控等挑戰，借助物聯網、類腦決策和智能控制等技術提升系統自主高效決策控制能力。在信息化與工業化深度融合的背景下，智能電池的發展將成為未來能源行業智能轉型的核心內容，助力構建智能、高效、清潔、低碳的綠色工業體系。
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
在吳鋒院士的領導下，陳人杰教授團隊致力于高比能二次電池的基礎研究和工程應用。不僅聚焦于電池的基礎電化學性能，還專注于電池材料的特殊功能，如感知、柔性自支撐和環境適應性等，以賦予電池智能功能。近期部分相關工作如下：
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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