全固态锂电池具备高安全性和高能量密度的特点，有望成为超越传统液态锂离子电池的下一代电池技术。而电极材料(包括正极和负极)与固态电解质的界面不稳定性阻碍了固态电池的发展。因此，探讨正极/固态电解质界面不稳定性诱发的电池材料失效机制，对于优化设计全固态电池材料具有重要意义。 近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部研究员王春阳，联合美国加利福尼亚大学尔湾分校教授忻获麟团队，基于前期关于液态锂电正极材料失效机制的研究成果，在全固态电池正极材料的失效机制研究方面取得进展。该团队利用人工智能辅助的透射电镜技术揭示了全固态锂电层状氧化物正极材料的原子尺度结构退化机制，并发现其与传统液态电池中的退化机制具有显著差别。 研究表明，全固态电池的晶格失氧和局部应力耦合驱动的表面“晶格碎化”以及脱锂诱发的剪切相变共同导致层状氧化物的结构性能退化。表面“晶格碎化”涉及纳米级多晶岩盐相的形成。这一失效模式在层状氧化物正极材料中被发现。此外，该研究还发现了区别于传统锂离子电池中层状正极的剪切界面新构型和大尺寸O1相的形成。 上述成果拓展了层状氧化物正极的相变退化理论，有望为全固态电池的正极材料和正极/电解质界面优化设计提供理论指导。 相关研究成果以Atomic Origin of Chemomechanical Failure of Layered Cathodes in All-Solid-State Batteries为题发表在《美国化学会志》(JACS)上。 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c02198 查看详细>>

近日，奥地利林茨大学的研究团队开发出一种超薄轻质过氧化物太阳能电池，可为手掌大小的无人机提供电力。 据介绍，这种过氧化物太阳能电池的厚度小于2.5微米，平均光伏功率重量比是41克/瓦。电池表面经过特殊处理，可以抵抗水汽和气体侵蚀。实验中，为无人机供电的电池模块由24块相互连接的1平方厘米太阳能电池组成，其能量收集潜力足以为这架四旋翼小型无人机稳定供电。 该团队声称，实验证明了这种轻质、灵活和超薄的柔性太阳能电池技术的稳定性和能量收集潜力。未来，这种技术有望用于为户外设备、无人机、机器人和自动驾驶汽车等提供电力，拥有广阔的应用前景。目前，这项研究成果已经发表在《自然》杂志上。 查看详细>>

6月22日，记者从深圳大学获悉，中国工程院院士、深圳大学教授谢和平团队与东方电气集团团队合作，首次实现海上风电可再生能源和海水直接电解制氢一体化，并在大海中利用海上风电驱动海水制氢。相关研究成果6月21日发表于《自然·通讯》。 该团队基于2022年11月在《自然》发表的“海水直接电解制氢全新原理”，构建出真实大海不可控海洋波动环境下海水直接制氢全新路径与技术，并系统研究不同海水组分(广东省深圳湾、福建省兴化湾)浓度变化所导致界面蒸气压差差异，阐明浓度动态变化下相变迁移过程的自调控自适应机制。 同时，科研团队通过建立真实海浪波动下的相变迁移海水无淡化原位直接制氢理论模型，在实验室模拟海洋环境下实现500小时以上稳定性。 为进一步验证实验室模拟环境可行性可靠性，科研团队设计研制出1.2标准立方米每小时海上可再生能源海水无淡化原位直接电解制氢漂浮平台，并在兴化湾3级至8级大风、0.3米至0.9米海浪干扰下，首次与海上风电直接对接，连续稳定运行10天，海水杂质离子阻隔率高达99.99%以上，制氢纯度达到99.9%至99.99%区间。 查看详细>>

在国家自然科学基金项目（批准号：52192631、52320105005、51835002）等资助下，哈尔滨工业大学邓宗全院士空天折展与变形机构团队联合天津大学陈焱教授团队、英国牛津大学ZHONG YOU教授团队在可重构多稳态折纸式变形结构研究方面取得新进展。相关成果以“折纸启发的可重构多稳态变形结构（Reconfigurable origami-inspired multistable metamorphous structures）”为题，于2024年5月29日发表在《科学?进展》（Science Advances）杂志，论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adk8662。 变形结构越来越多地应用于航空航天、深海探测、交通运输等领域的高端装备中，对提升装备的能源利用效率、运行速度、极端环境适应能力发挥着极为重要的作用。这也要求变形结构具备大范围灵活运动、多构态连续变形能力，但传统的变形结构形式单一，不具备灵活组合变换的能力。近些年，基于折纸的变形结构在特种机器人、变形飞行器、机械超材料等领域越来越多地受到科学家及工程师们的关注，为大量工程问题提供了新的解决方案。但是，目前多数折纸变形结构为非刚性结构，变形过程中折痕和板面位置会产生形变，这使其稳态特性高度依赖于结构的材料属性，限制了结构的构型变换和功能重构能力。 为此，该研究团队提出了一种模块化可重构的多稳态折纸式变形结构，该变形结构由上下两层折纸单元组合构建，通过引入特定位置折痕的交替激活与休眠机制，实现了结构在目标构型间的可控重复变形。利用刚性折纸的运动分岔和折痕结构弹性形变，实现了构型变换过程中机构运动与结构形变的解耦。基于结构运动全过程的能量变化规律，建立了结构稳态特性与折纸单元形态参数调控关系，为多稳态折纸式变形结构的多形态构型设计提供了理论基础。研究人员通过合理设计机构-结构刚柔复合形式，消除了板面结构材料形变对机构重构运动的影响。利用3D打印技术研制了多种可重构多稳态变形结构，通过集成智能材料驱动单元展示了此类结构在多功能机器人系统和变构型飞行器中的应用潜力。同时，利用所提出双稳态模块单元结构的二维可扩展性，研究人员还开发出多种性能可编程的折纸式结构超材料，实现了几何构型和力学特性的重复变换，大幅增加了折纸式结构超材料的设计空间。 该创新成果为自适应抓捕机器人、变构型空天飞行器等领域的理论研究和工程应用开辟了新思路。 查看详细>>