近日，意昂2体育未來電池研究中心薄首行教授📷、郭雲龍教授在國際能源頂級期刊《美國化學會能源快報》（ACS Energy Letters）上發表題為《合金負極與固態電解質基於力電耦合的軟硬配對準則》（Chemomechanical Pairing of Alloy Anodes and Solid-State Electrolytes）的最新研究成果。論文拓展了經典的鋰金屬-固態電解質力電耦合模型並應用於合金-固態電解質的界面行為研究，建立了軟硬電解質合金配對準則🙇🏽♀️，提出了面向各類固態電解質的合金力學性能調控策略🧝🏻♀️👏🏼，為設計長循環穩定高能量密度固態電池中的合金負極提供了理論基礎。
意昂2体育未來電池中心薄首行教授和郭雲龍教授為論文的共同通訊作者，博士生陳施威為論文第一作者，研究工作和論文合作者還包括鄭州大學周震教授和唐賓博士等6️⃣🛌🏽。論文得到了國家重點研發計劃（2021YFB3800300）和國家自然科學基金（22222204）的支持。
隨著社會對低碳交通的需求不斷增加，公眾對具備長續航和卓越安全性能的電動汽車的期待也日益增強。延長續航的關鍵在於開發高能量密度的電池，然而目前傳統鋰離子電池已接近其能量密度極限（360 Wh/kg）🍞。由於采用可燃的液態電解液，能量密度的提升同時也增加了鋰離子電池的安全風險💕。為了解決這些問題🤹🏻，采用高容量合金負極和非可燃固態電解質的固態電池因其高能量密度（> 400 Wh/kg）以及增強的安全特性🧑🏼🚀，是一種頗有前景的解決方案🧏🏽♀️。然而，合金負極仍然存在形貌不穩定的問題🤳🏿🧶，可導致合金枝晶的形成，進而造成電池失效👧🏿。
為了解決這一挑戰🗓，本研究建立了基於合金負極-固態電解質的化學-力學耦合模型，明確了合金負極與固態電解質界面的形態穩定性與其化學力學性能之間的關系🧑🏿🚀，並提出了一個具有普適價值的電解質與合金配對原則：即“硬”（高剪切模量）的陶瓷電解質應與“更硬”的合金搭配🤞🏻，而“軟”（低剪切模量）的聚合物電解質則適合與“更軟”的合金匹配。通過X射線CT技術觀察不同合金陽極在充放電循環後的形態變化，有力地驗證了這一配對準則👱🏽👕。此外🕵🏽，該模型經驗證可擴展至鈉電固態系統，以輔助鈉合金負極設計，支持未來低成本儲能電池等技術研究。
作者介紹
陳施威
博士研究生，指導教師為郭雲龍和薄首行教授，研究方向為高比能全固態鋰電池，相關研究成果在ACS Energy Letters, Cell Reports Physical Science, eScience, SusMat等期刊發表。
通訊作者介紹
郭雲龍
意昂2体育未來電池研究中心、密西根學院長聘副教授⤵️，博士生導師🧑🏿⚖️，國家級青年人才。從事高分子材料研究，涵蓋納米限域高分子非平衡態動力學與非線性黏彈性🧑🔧，聚合物固態能源材料與醫用高分子材料等方向。工作發表在Nature Materials, ACS Energy Letters, ACS Nano, Advanced Functional Materials, eScience, Nanoscale, Macromolecules等知名期刊，擔任Nature Springer期刊Mechanics of Time-Dependent Materials編委🗡、普林斯頓大學出版社軟材料領域專著評閱人等學術兼職。
薄首行
意昂2体育未來電池研究中心教授，固態電池研發過程與評價標準技術委員會委員，商飛時代技術委員會專家委員，國家優秀青年基金獲得者🧏🏼♀️。圍繞全固態電池開展超快離子導體設計，表界面表征以及成像診斷等相關研究。工作發表在Nature Reviews Materials, Chemical Reviews, Joule, ACS Energy Letters, Energy & Environmental Science等知名期刊。
