中国科学技术大学化学与材料科学学院任晓迪教授团队联合火灾科学国家重点实验室王青松教授团队，研究发现利用分子间氢键的相互作用可以显著改善醚基电解液在电极界面的稳定性，并可有效抑制锂金属电池热失控过程。相关成果日前发表在《自然·通讯》上。 锂金属电池具有超高的能量密度，被视为下一代电池技术的有力竞争者。但它在电解液稳定性和安全性方面还面临着不小的挑战。传统的碳酸酯类电解液虽然在锂离子电池中得到广泛应用，却难以兼容活泼的锂金属负极。提高电解液浓度虽然可以在一定程度上改善醚的电化学稳定性，却带来了成本增加、低温性能衰减等问题。更为棘手的是，大量阴离子的存在会引发热失控等安全问题。 针对上述难题，研究人员提出一种全新的分子锚定策略，有望同时解决醚基电解液的高压和安全难题。他们在乙二醇二甲醚中加入含强极性碳—氢基团的氟代醚溶剂，发现两者可以通过分子间的“锚定”作用，有效降低醚键上氧原子的电子云密度，大幅提高溶剂的抗氧化能力。 基于分子锚定概念设计的电解液，展现出优异的高压性能。为了揭示其机制原理，研究人员开展了系统的表界面分析。结果表明，在分子锚定电解液中，溶剂分子之间通过氢键形成稳定复合物，有利于提升电解液的热力学稳定性。此外，由于减少了活泼阴离子的使用，分子锚定电解液在高电压正极表面诱导形成的界面膜也更薄更稳定。 研究人员进一步考察了电解液的安全性能。在锂金属软包电池中，当温度升高到140摄氏度左右时，高浓电解液与锂金属剧烈反应并放出大量热量，而分子锚定电解液与锂的相容性得到大幅提升。分子锚定电解液可以将热失控开始的温度提高到209摄氏度以上。 研究人员表示，设计合理的分子间相互作用可以从根本上改变电解液的性能，为未来电池电解液的分子工程提供新的方向。 查看详细>>

记者日前从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所能源催化转化全国重点实验室主任陈忠伟带领科研团队自主研发的高比能氢混动力电源适配工业级无人机近期试飞成功，这项科研成果将有效解决工业级无人机续航时间短的瓶颈问题。 据介绍，目前电动无人机的主流动力电源为锂电池，但锂电池存在续航时间短、低温环境适应性差等不足。相比之下，氢混动力电源具有比能量高、可靠性高、宽温域等优点，常用于中型固定翼和大型多旋翼无人机，能有效解决工业级无人机续航时间短的问题。 “我们以系统化全链条的模式研发燃料电池和锂电耦合电源系统，其特点是比能量高、续航时间长、宽温域、燃料加注快。”陈忠伟表示，该团队研发的高比能氢混动力电源的比能量达每千克600瓦时，可应用环境温度范围为零下20摄氏度至40摄氏度。 陈忠伟介绍，该团队将持续开发下一代氢混动力电源技术，结合高比功率电堆设计技术和高能量密度氢源技术，动力电源比能量将突破每千克800瓦时，应用环境温度范围拓宽到零下40摄氏度至60摄氏度。 查看详细>>

据韩国科学技术院官网19日报道，该机构科学家将电池中常用的阳极材料与适用于超级电容器的阴极材料集成在一起，开发出一种高能量、高功率钠离子混合电池。该电池能在几秒钟内完成充电，有望替代锂离子电池，应用于电动汽车、智能电子设备和航空航天技术等领域。相关论文发表于最新一期《储能材料》杂志。 在自然界，钠的储量是锂的500多倍，钠离子电池技术近年来备受关注。但现有钠离子电池有很多缺点，包括功率输出较低、存储特性受限、充电时间较长等。在最新研究中，研究人员开发出了这款能快速充电的钠离子混合电池。 这款钠离子混合储能系统集成了通常的电池阳极材料和适用于超级电容器的阴极。但通常电池阳极储能慢;而超级电容器阴极材料则电容量相对较低。为提升新电池储能速度并增加其容量，研究团队利用两种不同的金属有机框架对其进行了优化合成。 通过在金属有机框架的多孔碳中纳入精细活性材料，研究团队开发出了动力学性能更优异的阳极材料，也合成出高容量阴极材料，还将阴极和阳极之间能量存储速率的差异最小化，得到了这款具有高存储容量及快速充放电速率的混合钠离子储能装置，有望成为锂离子电池的可行替代品。 新电池可在几秒内快速充电，能量密度达247瓦时/千克，功率密度达34748瓦/千克，且历经5000次充放电循环后，库仑效率仍接近100%。该电池可广泛应用于移动电子设备、电动汽车、大规模电网系统等诸多领域。 查看详细>>

在国家自然科学基金项目（批准号：52131303、52073057）等资助下，东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组王宏志教授团队在“非冯·诺伊曼架构”新型智能纤维研究方面取得进展。研究成果以“基于人体耦合纤维的无芯片电子织物（Single body-coupled fiber enables chipless textile electronics）”为题，于2024年4月5日在《科学》（Science）杂志上发表，论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3755。 智能可穿戴设备正逐渐成为我们生活的一部分，并在健康监测、远程医疗和人机交互等领域发挥着越来越重要的作用。相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等，由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度，被视为理想的可穿戴设备载体。目前，智能纤维的开发多基于冯·诺依曼架构，即以硅基芯片作为信息处理核心开发各种电子纤维功能模块，如信号采集的传感纤维、信号传输的导电纤维、信息显示的发光纤维、能量供应的发电纤维等。尽管这些功能单元可组合制成织物形态，但这种复杂的多模块集成技术还面临着一系列挑战。现阶段的智能纺织品仍依赖于芯片和电池，体积、重量和刚性大，难以同时满足人们对纺织品功能性和舒适性的需求。 鉴于此，东华大学研究团队提出一种“人体耦合”机制，即以人体作为能量交互的载体，利用纤维、人体和大地构成的回路收集环境中的电磁能量，并直接将其转换为射频信号和可见光。该工作实现了将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中，并通过编织制成不依赖芯片和电池的智能纺织品。这种非冯·诺依曼架构有效地简化了可穿戴设备和智能纺织品的硬件结构，优化了它们的可穿戴性。 该工作还展示了这种基于人体耦合原理的智能纤维的几种应用：在不使用芯片和电池的情况下，实现了纤维触控发光、织物显示以及无线指令传输等功能。这些新颖的功能有望拓展电子产品的应用场景，甚至改变人们智慧生活的方式。 图“人体耦合”智能纤维的工作机制及其与传统电子织物的对比 查看详细>>