近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院材料所光子信息與能源材料研究中心在固態(tài)電池及類腦計算領(lǐng)域取得新進展。
鋰金屬負極是當前具有最高能量密度的鋰電池負極材料之一，但因其具有高還原性及特殊的取向生長特性，極易穿刺電池、形成短路，造成事故。陶瓷類固態(tài)電解質(zhì)具有較高的力學(xué)模量，因此理論上能夠阻擋鋰金屬穿刺。然而，長期以來，實驗測試結(jié)果與理論預(yù)測相悖，即陶瓷類固態(tài)電解質(zhì)仍會被鋰枝晶穿透，造成短路。機制認識的短缺制約了固態(tài)電池的發(fā)展。
研究團隊開發(fā)了具有納米分辨率的新型原位電化學(xué)測試手段，利用導(dǎo)電原子力顯微探針作為電極誘導(dǎo)鋰枝晶在固態(tài)電解質(zhì)中定向生長，結(jié)合多場測試，揭示了電極界面微尺度漲落對鋰枝晶生長的誘導(dǎo)機制，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了界面阻隔層，阻斷了枝晶的生長，提升了固態(tài)電池性能。團隊還發(fā)現(xiàn)了鋰枝晶在固態(tài)電解質(zhì)中的憶阻特性，并基于此設(shè)計了新型憶阻器，為下一代類腦計算芯片的硬件實現(xiàn)提出了新思路。相關(guān)研究成果以Modulating nano-inhomogeneity at electrode-solid electrolyte interfaces for dendrite-proof solid-state batteries and long-life memristors為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上。深圳先進院助理研究員陸子恒與碩士研究生楊紫薇為論文的共同第一作者，陸子恒、副研究員李文杰、研究員楊春雷為論文通訊作者，美國普渡大學(xué)教授Partha P. Mukherjee課題組參與研究。
此外，針對鋰金屬的不均勻沉積問題，團隊提出了利用激光燒蝕快速制備多孔銅箔從而緩解電極內(nèi)部應(yīng)力的方案。相關(guān)研究成果以Regulating lithium electrodeposition with laser-structured current collectors for stable lithium metal batteries為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。碩士研究生董偉為論文第一作者，楊春雷、陸子恒為論文通訊作者。
新型納米分辨原位電化學(xué)測試系統(tǒng)及基于固態(tài)電解質(zhì)的人工類腦突觸、固態(tài)電池設(shè)計
