m5k1umn 发表于 2024-10-10 18:54:24

固态电池性能衰减“症结”安在？“人工智能显微镜”一探到底


    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">出品：科普中国</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">作者：王春阳（中国科学院金属<span style="color: black;">科研</span>所）</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">监制：中国科普博览</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">编者按：为揭开科技工作的<span style="color: black;">奥秘</span>面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的<span style="color: black;">科研</span>”系列<span style="color: black;">文案</span>，邀请<span style="color: black;">专家</span>亲自执笔，分享<span style="color: black;">研究</span>历程，打造科学世界。让<span style="color: black;">咱们</span>跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">全固态锂电池因其高安全性和高能量密度，被视为超越传统液态锂离子电池的下一代电池技术。然而，到<span style="color: black;">日前</span>为止，正极材料（储存锂离子的载体）与固态电解质（锂离子的传输介质）相接触形成的界面的不稳定性<span style="color: black;">始终</span>是制约全固态电池性能和服役寿命的瓶颈。</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/d3d42452be8149dd95cfda804fa4db8f~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=BHLJ7AO1itVoayXtsvVu%2FC1gg4s%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">锂离子电池</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：veer图库）</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">近期</span>，中国科学院金属<span style="color: black;">科研</span>所联合加州大学尔湾分校的<span style="color: black;">研究</span>团队，利用人工智能（AI）辅助的透射电子显微镜（TEM）技术，在原子尺度厘清了正极/电解质界面的结构退化机制，揭示了全固态锂电池性能衰减<span style="color: black;">背面</span>的奥秘。</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">全固态锂电池是什么？</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">全固态锂电池</strong>是一种<span style="color: black;">运用</span>固态电解质代替传统液态电解质的电池技术，因其<span style="color: black;">拥有</span>更高的安全性、更高的能量密度和更宽的工作温度范围，<span style="color: black;">日前</span>被认为是下一代锂电池技术的<span style="color: black;">科研</span>热点和<span style="color: black;">重点</span>突破方向。</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">如今，全固态锂电池遇到的最大问题<span style="color: black;">便是</span>电极和电解质之间的电化学不稳定，这可是让电池性能<span style="color: black;">快速</span>下降的“罪魁祸首”。这种不稳定性让层状氧化物正极材料的结构都受到了影响，<span style="color: black;">作为</span>全固态锂电池性能稳定的最大<span style="color: black;">阻碍</span>。深入<span style="color: black;">科研</span>全固态电池中界面不稳定性<span style="color: black;">引起</span>的材料结构退化机制有望为<span style="color: black;">研发</span>高性能全固态电池<span style="color: black;">供给</span>重要的理论<span style="color: black;">指点</span>。</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">怎么看电池材料的结构？</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">想要<span style="color: black;">研发</span>先进材料，<span style="color: black;">首要</span>要深入<span style="color: black;">认识</span>材料的结构。透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简<span style="color: black;">叫作</span>TEM）<span style="color: black;">便是</span>一款观察材料内部结构的“利器”，它能在原子尺度上观察材料，分辨率高达0.05纳米，相当于头发丝直径的百万分之一！在物质科学<span style="color: black;">科研</span>中，TEM可是当今世界上最重要的材料表征手段之一。<span style="color: black;">位置于</span>沈阳的中国科学院金属<span style="color: black;">科研</span>所<span style="color: black;">便是</span>我国最早开展电子显微学<span style="color: black;">科研</span>的单位之一（该方向奠基人为我国著名电子显微学家、晶体学家郭可信先生）。金属所<span style="color: black;">做为</span>我国电子显微学人才培养的摇篮，<span style="color: black;">持有</span>各类透射电子显微镜多达十余台（价值数亿元），在材料的电子显微学<span style="color: black;">科研</span>方面<span style="color: black;">拥有</span>深厚底蕴和一支实力强劲的<span style="color: black;">研究</span>队伍。</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/ca8ade1a1bed4039ac8b36d00fb51455~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=vHQ4D%2BXfNzPCNABy2%2B%2Fjv8Rdi%2B4%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">透射电子显微镜基本构造示意图</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：中国科学院）</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/45a28e2566274940bb77600c73003fca~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=hCp6pmDq0DlhVX%2B2vSSAOZ%2BJk%2F4%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">中国科学院金属<span style="color: black;">科研</span>所的部分透射电子显微镜</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：作者<span style="color: black;">供给</span>）</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">AI发挥了<span style="color: black;">那些</span><span style="color: black;">功效</span>？</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">电池材料的结构<span style="color: black;">繁杂</span>性和不耐电子束辐照的特性给材料<span style="color: black;">专家</span>从原子尺度认识它的相变和结构演化带来了巨大挑战。<span style="color: black;">不外</span>，<span style="color: black;">科研</span>团队<span style="color: black;">无</span>放弃，借助人工智能在图像处理和分析方面的<span style="color: black;">优良</span>，创造性地把卷积神经网络派上用场，<span style="color: black;">研发</span>出原子识别、分割与高精度定位新<span style="color: black;">办法</span>，实现了层状氧化物正极材料的晶体结构、缺陷、<span style="color: black;">繁杂</span>相界面的原子级高精度<span style="color: black;">影像</span>和分析。</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/57389ca7f5c64057a88a5eb31f048eb8~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=rvuITcl7BA8LM8yyAdiTP3w92ZU%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">概念图：人工智能透射电镜技术揭示正极材料的原子结构</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：作者<span style="color: black;">供给</span>）</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">经过</span>AI辅助的TEM技术，<span style="color: black;">科研</span>团队成功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。<span style="color: black;">她们</span><span style="color: black;">发掘</span>，<strong style="color: blue;">全固态电池中的层状氧化物正极材料的性能退化的“元凶”<span style="color: black;">重点</span>有三个。</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">其一是晶格失氧，即正极材料在电化学反应过程中会丢失其<span style="color: black;">重点</span>的<span style="color: black;">构成</span>元素——氧，<span style="color: black;">导致</span>材料的结构框架被破坏；其二是“晶格碎化”，即材料表面晶体结构在应力<span style="color: black;">功效</span>下<span style="color: black;">出现</span>破碎，<span style="color: black;">引起</span>材料传输锂离子的能力<span style="color: black;">明显</span>下降；其三是晶格剪切相变，它是一种脱锂过程（即电池充电过程中锂离子被从正极材料中脱出）<span style="color: black;">导致</span>的材料内部结构重新<span style="color: black;">摆列</span>的现象，使得材料从初始晶体结构转变为另一种有害的晶体结构。</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/d48ac8c022474746b2aefb889adaddc4~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=dByx6dbZ7HHiH%2BXN3%2BJKPnp1h1Q%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">层状氧化物正极中剪切相界面结构的精细原子构型分析</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：作者<span style="color: black;">供给</span>）</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1232c8ba316d416fb91cabf41378d887~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=N8GrSxOFrIxNaYIRF9SMpvOGEe8%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">界面电化学反应诱导的层状氧化物表面“晶格碎化”</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：作者<span style="color: black;">供给</span>）</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">这项<span style="color: black;">科研</span>成果揭示了层状氧化物正极材料在全固态锂电池中的结构退化机制，拓展了层状氧化物正极的相变退化理论，为全固态电池的正极材料和正极/电解质界面的优化设计<span style="color: black;">供给</span>了重要理论<span style="color: black;">指点</span>。<span style="color: black;">另外</span>，还为理解全固态电池中的界面<span style="color: black;">行径</span><span style="color: black;">供给</span>了新视角，为<span style="color: black;">研发</span>高性能全固态锂电池指明了方向。<span style="color: black;">同期</span>，这一<span style="color: black;">科研</span><span style="color: black;">亦</span>充分凸显了先进电子显微表征技术在<span style="color: black;">处理</span>能源<span style="color: black;">行业</span>核心科学问题中的重要<span style="color: black;">功效</span>。</p>
    <div style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/d3cdfb6771c440519a32fd9fa934a208~noop.image?_iz=58558&amp;from=article.pc_detail&amp;lk3s=953192f4&amp;x-expires=1728824575&amp;x-signature=%2BO3rz1YcRPfaHPgqInV2HfQbjik%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></div>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">王春阳与他的“伙伴”透射电子显微镜</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">（<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：作者<span style="color: black;">供给</span>）</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><strong style="color: blue;">结语</strong></p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">经过</span>人工智能辅助的TEM技术，团队成功揭示了全固态锂电池正极材料在原子尺度上的失效机制，这些新认识为优化现有材料设计<span style="color: black;">供给</span>了科学依据和重要理论<span style="color: black;">指点</span>。</p>
    <p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">将来</span>，团队将继续围绕全固态锂电池材料结构-性能关系中的核心科学问题开展<span style="color: black;">基本</span><span style="color: black;">科研</span>。<span style="color: black;">她们</span>将发挥团队在电子显微学<span style="color: black;">科研</span>和材料科学<span style="color: black;">科研</span>两方面的专长，<span style="color: black;">经过</span>“<span style="color: black;">发掘</span>新知识、发展新<span style="color: black;">办法</span>、创造新材料”<span style="color: black;">持续</span>突破现有技术瓶颈，为推动全固态电池的优化设计和新材料<span style="color: black;">研发</span>贡献力量。</p>




7wu1wm0 发表于 2024-10-16 18:09:11

你的话语如春风拂面，让我心生暖意。

qzmjef 发表于 2024-10-16 23:19:50

谷歌外贸网站优化技术。

4lqedz 发表于 2024-10-27 20:35:57

你的努力一定会被看见，相信自己，加油。
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