中國粉體網(wǎng)訊  近日，中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心、科睿唯安（Clarivate Analytics）以及高等教育出版社在中國工程院聯(lián)合發(fā)布《全球工程前沿2019》報告（以下簡稱“報告”）。 報告遴選出年度全球工程研究前沿93項(xiàng)和工程開發(fā)前沿94項(xiàng)，并對其中關(guān)鍵的28項(xiàng)研究前沿和28項(xiàng)開發(fā)前沿進(jìn)行了詳細(xì)剖析。高能固態(tài)鋰電池入選機(jī)械與運(yùn)載工程領(lǐng)域Top 10工程研究前沿。

目前廣泛應(yīng)用的液態(tài)鋰電池在能量密度、安全性等關(guān)鍵指標(biāo)已接近極限，進(jìn)一步通過材料或工藝改良很難在關(guān)鍵性能上獲得大幅度的提升，為了滿足未來發(fā)展需要，必須發(fā)展新型儲能器件。固態(tài)電池因采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)有機(jī)電液態(tài)解質(zhì)，有效避免分子副反應(yīng)的同時匹配高電壓正極，且能選用更緊湊的結(jié)構(gòu)模式，在安全性和能量密度等方面具有較高的潛在優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具有顛覆性影響的下一代化學(xué)電源。

報告指出固態(tài)電池前沿技術(shù)主要涉及到表/界面?zhèn)髻|(zhì)、匹配性關(guān)鍵材料、低界面阻抗制備技術(shù)、全壽命周期性能演化機(jī)理等前沿科學(xué)問題。表/界面?zhèn)髻|(zhì)與界面阻抗是影響固態(tài)電池技術(shù)的關(guān)鍵，未來主要是針對界面阻抗問題開發(fā)原位分析與表征技術(shù)；高比能匹配性關(guān)鍵材料包括高容量/高電壓正極材料、高性能固態(tài)電解質(zhì)以及高容量金屬鋰負(fù)極，是現(xiàn)階段需要重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域；設(shè)計(jì)與材料匹配性的微界面、低阻抗制備工藝是解決量產(chǎn)化的關(guān)鍵；全壽命周期內(nèi)電池性能衰減機(jī)理、材料體系演化途徑等是固態(tài)電池健康狀態(tài)評估與預(yù)測的關(guān)鍵。進(jìn)一步開發(fā)基于長壽命固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)金屬–空氣電池將會是電化學(xué)電源器件研究的終極目標(biāo)，其理論容量接近燃油比能密度，因而將會是未來研究的重點(diǎn)和發(fā)展趨勢。

要實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化還面臨幾個主要挑戰(zhàn)：

1.首先是高性能固態(tài)電解質(zhì)，要滿足倍率條件下的高離子傳導(dǎo)率，也要滿足制備工藝中的溫和工藝條件以避免對微結(jié)構(gòu)的破壞；基于人工智能材料基因組與機(jī)器學(xué)習(xí)的前沿技術(shù)為高性能固態(tài)電解質(zhì)材料的設(shè)計(jì)、開發(fā)提供了高效途徑，從而摒棄傳統(tǒng)試錯模式下的材料開發(fā)，將會極大地促進(jìn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.與材料匹配的制備技術(shù)也是關(guān)鍵，以表/界面?zhèn)髻|(zhì)與界面阻抗為核心的關(guān)鍵工藝與裝備，材料體系、結(jié)構(gòu)工藝的改變必定需要系統(tǒng)性的改變來匹配制造工藝，一體化、卷對卷制備工藝是現(xiàn)階段重點(diǎn)關(guān)注的工程技術(shù)方向。

3.全壽命周期性能演化規(guī)律及其機(jī)理尚不明確，實(shí)況下全壽命周期的監(jiān)測耗時太長（>10年），給演化機(jī)理的研究帶來巨大挑戰(zhàn)；具有大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)能力的人工技術(shù)的應(yīng)用將會解決全壽命周期內(nèi)的電池性能衰減機(jī)理、材料體系演化途徑。

參考資料：《全球工程前沿2019》

信息來源：中國工程院官網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）