19
202508
大湾区大学钱坤团队在全固态电池合作研究中取得重要突破
全固态电池被视为下一代储能技术的重要发展方向之一。然而,固态电极内部复杂的电荷传输过程,尤其是离子与电子传输的不平衡,导致电极内部电化学反应严重不均,形成显著的锂浓度梯度。这如同在电池内部出现了“交通拥堵”,极大降低了活性材料利用率,加速了电池性能衰减,成为制约其性能提升和实用化的核心瓶颈。如何精准表征锂浓度分布并有效调控这种内部的不均匀性,一直是该领域的世界性难题。 大湾区大学钱坤团队联合清华大学深圳国际研究生院柳明团队、中国原子能科学研究院肖才锦团队等,在这一难题上取得关键突破。研究团队创新性地提出并验证了一种基于“电荷转移优化”(CTOC)的梯度设计策略。该策略的核心在于采用独特的双层梯度结构:在靠近隔膜的一侧,使用高离子电导固态电解质,构建高速的“离子传输快车道”,显著降低了离子传输阻力;在靠近集流体的一侧,则采用含导电剂的纳米级固态电解质层,确保“电子传输快车道”畅通无阻。这种设计巧妙地实现了离子和电子传输路径在空间上的解耦与协同优化,同时保证了整个电极中活性物质的含量不降低,最大程度维持了能量密度。 截至8月11日10时,相关研究成果被人民日报客户端、人民网、新华网、《光明日报》、中国新闻网、中国经济网、中国科技网等媒体报道及转载,共计1439篇。  “中子CT”直接观测证实优化效果显著。  研究团队首次成功应用对锂元素敏感的中子深度剖面分析(NDP)技术,如同给电池内部做了一次高精度的“CT扫描”,在实验中直接观测并定量证实了传统单层正极内部存在的显著纵向锂浓度梯度。更为重要的是,该技术清晰显示,采用新型CTOC设计的电极成功地实现了锂浓度均匀分布,锂离子在电极厚度方向上实现了快速的均匀流动。Xe离子聚焦离子束(PFIB)—飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)的二维锂元素分布表征也同步验证了这一结果。 性能提升效果卓越。  得益于内部“交通拥堵”的根本性缓解,采用CTOC设计的全固态锂电池展现出卓越的性能:在2C高倍率充放电条件下循环2000次后,电池容量保持率达82.7%,相比传统设计提升近三成。同时,电池的电压衰减和极化现象也得到显著抑制,充分证明了电荷转移动力学的根本性改善。这一成果为开发兼具高能量密度、超长寿命和优异倍率性能的实用化全固态锂电池提供了全新的设计思路和坚实的实验基础。 图1 传统和梯度设计固态电极的对比 图2 梯度设计固态电极的结构 图3 传统和梯度设计固态电极的性能对比 图4  利用XRD对比研究传统电极和梯度电极的晶格衰退 图5 传统和梯度设计固态电极的锂浓度分布差异 研究成果发表于国际权威期刊。 相关研究成果以“纵向空间电荷转移优化复合正极实现超稳定全固态电池”(Longitudinal Spatial Charge Transfer Optimization in Composite Cathode Enables Ultra-Stable All-Solid-State Batteries)为题,发表在国际能源与环境科学领域期刊《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)上。 论文作者及支持情况 清华大学深圳国际研究生院2024级博士生梁俊威和大湾区大学钱坤助理教授为论文共同第一作者。清华大学深圳国际研究生院材料研究院柳明副教授为论文通讯作者。合作单位包括中国原子能科学研究院、南方科技大学等。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省杰出青年基金等的资助。大湾区大学为电极结构表征技术(PFIB-TOF SIMS)和中子测试表征技术上提供了核心支持,中国原子能科学研究院和东莞散裂中子源为中子深度剖面分析提供了重要支持。 论文链接 https://doi.org/10.1039/D5EE03407H
12
202508
左小伟课题组在高强马氏体钢塑韧化机制研究方向取得新进展
大湾区大学左小伟课题组联合中国科学院高能物理研究所、深圳技术大学、香港大学、东北大学及香港理工大学等合作单位,在高强马氏体钢塑韧化机制研究中取得重要进展。相关成果以“Nano grains-induced high tensile strength-plastic strain synergy in martensitic steel”为题,发表于国际塑性领域顶级期刊 International Journal of Plasticity。 大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室及大湾区高等研究院为论文共同第一通讯单位。论文第一作者为该校物质科学学院万建全特任研究员,通讯作者为左小伟副教授。本工作获得了松山湖材料实验室开放课题的资助。 研究背景 高强度马氏体钢在工程应用中长期受限于强度与塑性的倒置关系。其中,高温铁素体(δ)相作为刚性脆性第二相,会引发局部应变不协调和应力集中,显著加剧这一矛盾。传统热机械处理难以有效调控δ相,而通过合金设计或工艺优化抑制δ相的现有策略,又常导致材料其他关键性能劣化。值得注意的是,δ相的存在可通过提高奥氏体层错能、阻碍马氏体相变等机制影响材料行为;另一方面,其溶解则可能促进纳米级马氏体形成并增强应变诱导相变倾向。当前研究的核心挑战在于:细晶强化虽能提高强度,但马氏体相变固有的高位错密度会限制位错存储能力,进而导致加工硬化不足。最新研究表明,纳米晶粒结构可能通过晶界介导的位错累积机制实现延迟加工硬化,这为突破传统马氏体钢的塑性瓶颈提供了新思路。 基于此,本研究提出一种创新工艺路线,旨在通过多阶段轧制与退火实现δ相溶解,并系统探究其对纳米马氏体组织演变及力学性能的影响机制。 研究成果 本研究以传统资源节约型马氏体钢(Fe-12Cr-11Ni-1.1Mo-1.7Ti-0.3Al-0.01C)为研究对象,创新性地开发了温轧-冷轧预处理工艺,成功降低了δ相的溶解壁垒。 通过采用800°C/120 min低温退火处理,首次在该类马氏体钢中实现了δ相的近乎完全溶解(残余量<0.5 vol.%)。基于此突破,研究团队成功制备出具有优异塑性变形能力的新型全马氏体钢。该新型钢具有独特的组织特征:以纳米级α′马氏体为基体,并含有高密度位错。 这种纳米晶粒结构通过其丰富的晶界网络,在大应变条件下促进了位错增殖,产生了显著的延迟加工硬化效应,有效抑制了颈缩现象,从而展现出卓越的综合力学性能:极限抗拉强度达1855±18 MPa(较含δ相钢提升36.4%),同时塑性应变达4.82±0.19%(提高约4倍),其强塑性协同显著优于同类材料。 本研究采用非合金化设计策略(即避免额外添加合金元素),成功突破了传统结构材料中强度与塑性的权衡关系。 研究成果不仅为先进钢铁材料的设计开发提供了新途径,而且在工程应用与科学理论层面均具有重要价值:在工程应用层面,成功制备出兼具超高强度和良好塑性的新型材料;在科学理论层面,为多相钢的组织精细调控与性能优化提供了新的理论指导。 课题组招聘 本课题组专注于先进金属结构材料研究,核心团队现有12名成员,包括特任研究员、博士后、联合培养博士生与硕士生以及访问研究生。 研究方向聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托学院支持,课题组已建成系列先进研究平台: -  材料制备与加工平台: 激光粉末床熔融(L-PBF)增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 -  材料测试与分析平台:维氏硬度计、多物理场(热/电)纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机(配备DIC数字图像相关系统)。 -  材料计算平台: 高性能计算集群及相关模拟软件。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或开展合作研究,请联系:zuoxw@gbu.edu.cn。
12
202508
刘莎研究员课题组在兼具高效率与高稳定有机太阳能电池研究方向取得新进展
近日,大湾区大学物质科学学院刘莎研究员在兼具高效率与高稳定有机太阳能电池研究方向取得新进展。相关研究成果以“Calix[8]arene-Tethered Dendritic Octamer Acceptor with Ultrahigh Molecular Weight Enables 20.7% Efficiency Organic Solar Cells with Exceptional Stability” 发表在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上。大湾区大学物质科学学院刘莎研究员、香港科技大学(广州)的吴佳莹教授、华南师范大学的刘升建研究员以及广东技术师范大学的贾涛副教授为论文共同通讯作者。大湾区大学访问学生吴伦比为论文第一作者。大湾区大学为论文通讯单位。 研究背景及成果 聚合物太阳电池因其轻质、柔性、半透明以及可卷对卷溶液加工等独特优势广受关注。作为一种新兴的下一代光伏技术,聚合物太阳电池有望与硅基太阳电池技术形成有效互补,为构建多元化、智能化的光伏能源利用体系提供重要的技术支撑。然而,聚合物太阳电池在长期服役过程中所面临的稳定性问题,是制约其实际应用和商业化进程的核心瓶颈之一。尤其是活性层中的非富勒烯小分子受体在热或光照等外界应力作用下发生结晶诱导的形貌物理降解,被认为是导致器件性能滚降的主要原因。通过分子设计构建高分子量的受体材料,可有效降低分子扩散系数,有望实现兼具高效率与高稳定性的聚合物太阳电池器件。 基于此,团队通过支化分子设计策略,成功设计了分子量为14243 g/mol的新型树枝状八聚体分子,并作为电子受体用于构筑高效稳定的聚合物太阳电池。在分子层面,树枝状结构赋予分子独特的多维空间堆积方式以及多通道的电荷输运特性,有助于构建高效的载流子迁移网络;同时能够调控分子间的π–π堆积与相互作用,提升薄膜的分子有序性;从而有效调节分子的聚集行为,促进激子高效解离与电荷分离。 最终,基于C8-IC的二元有机太阳电池器件实现了18.7%的能量转换效率。此外,C8-IC还可作为高效的结晶调节剂引入三元体系,作为辅助受体实现了高达20.7%的器件效率,跻身当前单结有机太阳能电池的最高效率行列。得益于其高分子量特性以及树枝状结构诱导的增强相互作用,显著提升了材料的玻璃化转变温度,有效抑制分子扩散,基于C8-IC的三元器件表现出卓越的稳定性。该研究成果不仅验证了树枝化策略在开发高效且低扩散系数受体材料方面的有效性,也为构筑兼具高性能与高稳定性的聚合物太阳能电池提供了具有前瞻性的材料设计思路。 论文链接 https://doi.org/10.1002/anie.202506445
12
202508
刘莎研究员课题组在兼具紫外光探测和忆阻性能的多功能光电器件研究方向取得新进展
近日,大湾区大学物质科学学院刘莎研究员在兼具紫外光探测和忆阻性能的多功能光电器件研究方向取得新进展。相关研究成果以“Composition-Engineered (Csl),(Bil3), Perovskites forLead-Free Ultraviolet PhotodetectionMemristiveApplications” 发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials上。大湾区大学物质科学学院刘莎研究员为论文最后通讯作者,河南大学刘梅月副教授为论文共同通讯作者。大湾区大学准博士研究生吕赵晨为论文第一作者。大湾区大学为论文第一通讯单位。 研究背景及成果 紫外探测器在环境监测、生物医学成像、火焰预警和空间通信等领域具有广泛应用。将紫外探测功能与忆阻功能结合起来,不仅能实现对紫外光的高灵敏响应,还可通过光刺激调控电导状态,从而赋予器件多功能感知与存储能力。铋(Bi)基钙钛矿因其较宽的带隙(1.6–3.1 eV)、较长的载流子扩散长度、优异的电阻切换(RS)特性、低毒性与高稳定性,在紫外探测器和忆阻器领域展现出巨大潜力。 基于这一背景,团队利用非化学计量的反应物(CsI)x(BiI3)y(表示为CBI),在不引入外来杂质离子的情况下系统地设计材料组成。得益于ZnO热电效应与CBI光伏效应的协同作用,器件在x/y ≥ 3:2时,探测半峰宽窄至50?nm,比探测率高达2.23 × 10¹¹ Jones,展现出极高的紫外灵敏度。随着BiI3比例的增加,器件响应拓展至约550 nm,实现紫外-可见宽谱探测。同时,不同比例CBI器件展现出多样的电阻切换行为,部分器件在反向偏压下还表现出同步的RS与负微分电阻(NDR)特性。 本研究阐明了CBI组成在调控器件功能方面的关键作用,通过将光感与记忆集成于同一器件,可用于模拟人类视觉处理系统,契合人工智能的发展趋势。该策略可拓展至其他材料体系,用于构建多功能光电突触器件。这类光敏忆阻器在人工视觉系统、光神经突触和智能传感网络等领域展现出广阔应用前景,为神经拟态计算与边缘智能开辟了新的路径。 论文链接 https://doi.org/10.1002/adfm.202509759
03
202507
于华课题组在高效稳定钙钛矿太阳能电池方面取得新进展
? ? ? ? ? ? ? 大湾区大学物质科学学院于华课题组与西南石油大学李海敏教授合作,在钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Optimized Crystallization via Ionic Liquid Engineering for Air-Fabricated Perovskite Solar Cells with Efficiency of 25.11%”为题发表在《Solar RRL》上。 ? ? ? ? 研究背景及成果 ? ? ?? ? ? ? ?在钙钛矿(PVK)前驱体溶液中,碘化铅(PbI?)与有机阳离子的过早反应往往会导致薄膜质量下降。为缓解这一问题,将离子液体(IL)三氟甲磺酸吡啶鎓引入前驱体溶液中。三氟甲磺酸吡啶鎓与PbI?之间的强相互作用促进了成核团簇的形成,有效降低了成核势垒并调控了钙钛矿的结晶过程,从而形成高质量、均匀的PVK薄膜。原位表征表明,预成核策略制备的PVK薄膜平均晶粒尺寸超过1μm。三氟甲基的疏水性可调节湿度,有助于在潮湿环境中实现钙钛矿结晶。这与水分通常产生的负面影响形成对比,水分会在钙钛矿结构中引发缺陷。因此,经IL改性的钙钛矿太阳能电池(PSC)在环境条件下实现了25.11%的卓越功率转换效率(PCE)。这些PSC在连续最大功率点(MPP)跟踪820小时后,仍保持其初始PCE的80.43%。此外,在室温下暴露于相对湿度(RH)为30%~50%的空气中1000小时后,器件保持其初始效率的87%,显示出在长期PSC应用中的出色空气稳定性。 ? ? ? ? 图1 钝化分子的作用机制 图2? 结晶调节的研究 ? ? ? ? 图3 薄膜质量的研究 ? ? ? ? 图4 器件的性能研究
03
202507
于华课题组在单结钙钛矿太阳能电池方面取得新进展
大湾区大学物质科学学院于华课题组与昆明理工大学陈江照教授合作,在基于反式铯/甲脒(CsFA)的无甲铵钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Crystallization ModulationComprehensive Defect Passivation by Carbonyl Functionalized Spacer Cation Towards High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells”为题发表在《Angew》上。         研究背景及成果 众所周知,无甲铵钙钛矿太阳能电池在同时实现高功率转换效率和优异的稳定性方面具有巨大潜力。然而,不可控的结晶过程和较差的薄膜质量阻碍了光伏性能和运行稳定性的进一步提高。 鉴于此,研究提出了一种利用新型羰基功能化间隔阳离子协同调节钙钛矿结晶和晶界和界面缺陷的策略。将含有羰基功能化铵阳离子的L-丙氨酸苄酯盐酸盐(L-ABEHCl)加入钙钛矿前体溶液中,由于其与前体成分的强相互作用,增加了成核速率并降低了晶体生长速率,从而增加了晶粒尺寸和结晶度。使用L-ABEHCl作为添加剂不会形成2D钙钛矿,而使用L-ABEHCl后处理会形成2D钙钛矿。L-ABEHCl以有机盐的形式钝化晶界处的缺陷,以2D钙钛矿的形式钝化界面缺陷。因此,采用协同调制策略的反式器件实现了25.77%的最大效率(经认证的稳定效率为25.59%),这是迄今为止基于真空闪蒸法报道的最高效率之一。未封装的目标器件在连续2300小时的最大功率点跟踪后仍保持其初始效率的90.85%。       图1 通过 L-ABEHCl 进行结晶调制   图2  钙钛矿晶相的研究          图3 晶界和界面的结晶调制和协同钝化机制            图4 钙钛矿薄膜质量的表征            图5 载流子动力学研究            图6 光伏性能与长期稳定性  
09
202506
“湾有引力”学术论坛|意大利IOM高级研究员Gianluca Gubbiotti教授主讲“磁子学在三维体系中的研究”
2025年5月30日,大湾区大学(筹)物质科学学院联合松山湖材料实验室,特邀意大利国家研究委员会(CNR)IOM 那不勒斯研究所的 Gianluca Gubbiotti 教授,在大湾区大学(筹)校园举办了一场主题为 “Advancing Magnonics to the Third Dimensions”的学术讲座,带领同学们探索磁子学前沿,领略磁子动力学研究从二维到三维空间拓展应用的独特魅力,从理论角度理解自旋波等概念、学习具有高难度的布里渊光散射(BLS)光谱技术。本次讲座由王传寿老师主持。 Gianluca Gubbiotti教授是磁子学、磁振子学及相关材料、物理和应用方面的杰出专家,在意大利国家研究委员会(CNR)IOM 那不勒斯研究所从事研究工作多年,研究成果斐然,首次通过实验证实了平面一维与二维磁子晶体中的自旋波带结构。他在Nature Nanotechnology、Nature Communications、Physical Review Letters等国际顶级期刊发表论文200多篇,发表13篇专著章节,并担任两部学术著作的主编,论文被引用超9900次,H指数达到56。此外,他担任多个专业期刊的编委,并作为报告作者在国际学术会议、研讨会及研究中心发表80余次学术报告,其中包括30次特邀演讲及讲座。 讲座伊始,Gianluca Gubbiotti教授为大家介绍了磁子学的背景知识,对于BLS的原理、自旋波的基本概念、类型、色散关系以及兰道-利夫希兹方程等相关理论知识的讲解深入浅出,让同学们理解了斯托克和反斯托克过程,清楚了k空间的范围以及磁性表面波的色散关系。另外,Gianluca教授指出通过BLS技术可以探测到这些自旋波的特征,介绍了如何探测自旋波,旨在帮助观众理解磁性材料中自旋波的物理特性和运动规律,为进一步讲解接下来的磁子学相关的信号处理、通信和计算等应用奠定理论基础。 接着,Gianluca Gubbiotti 教授深入阐述了磁子学在三维领域研究的关键意义与广阔前景。他提到,随着CMOS电子技术向三维垂直集成结构发展,人们对三维磁子学纳米结构的兴趣日益浓厚。相较于传统的平面系统,三维磁子学系统展现出显著优势,其允许层与层之间的垂直连接,为构建更具可扩展性和可配置性的设备提供了全新思路与可能。目前,科研工作者正在积极探索开发新一代磁子学系统。一种方法是通过堆叠磁性点或反磁性点来扩展平面纳米结构,这不仅能为系统增加新功能,还能增强对自旋波带结构的控制能力。另一种方法则涉及使用混合异质结构,例如金属-绝缘体、金属-重金属等组合,这些特殊的结构组合能够实现诸如滤波、引导和非互易性等自旋波(SW)特性,为磁子学器件的性能优化与功能拓展带来了新的机遇。并详细介绍了团队在这些方面的研究成果和实验进展,借助一系列精美的实验数据和模拟图像,让在场听众直观地感受到三维磁子学研究的独特魅力与巨大潜力。 在互动环节,现场师生积极提问,Gianluca Gubbiotti教授耐心细致地解答了每一个问题,与大家深入交流,现场无不认真聆听。对于提问者对于自旋波的探测在面内面外的区别,Gianluca Gubbiotti教授分享了他的实验经验,并解释了其中的原理;对于对于BLS操作的难点,他也一一耐心解答。在有来有回的讨论中,同学们受益匪浅。 Gianluca Gubbiotti教授为大家带来了一场科技前沿、耳目一心的英文讲座,让在座师生深刻感受到三维磁子学研究的前沿动态和巨大潜力,激发了大家对该领域的浓厚兴趣和深入思考,并拓宽了学生的眼界,对布里渊区光散射(BLS)技术有一定了解。同时,Gianluca Gubbiotti教授的来访也为增加了大湾区大学(筹)和意大利国家研究委员会(CNR)之间的学术交流与合作的机会,拓展了大湾区大学(筹)的国际知名度和影响力。
04
202506
理学院助理教授张庆生在国际著名数学期刊《Advances in Mathematics》上发表论文
近期,理学院张庆生与华中科技大学的王知远、中国科学院华罗庚数学科学中心的杨成浪合作,在广义BGW模型的研究中取得进展。其文章《BKP-affine coordinatesemergent geometry of generalized Brézin-Gross-Witten tau-functions》在国际期刊《Advances in Mathematics》在线发表,作者署名按姓氏排序。        BGW模型由物理学家Brézin,Gross,和Witten在格点规范理论的研究中引进,广义BGW模型是BGW模型的一族形变。该模型与理论物理中的Jackiw-Teitelboim (JT) 超引力理论以及可积系统、计数几何等多个数学分支具有广泛联系,是现代数学物理研究中的一个重要模型。在本文中,作者从计数几何的可积系统结构以及Virasoro约束出发,基于清华大学周坚教授提出的呈展几何(emergent geometry)思想框架,推导了广义BGW模型的量子形变理论,证明了该模型的谱曲线拓扑递归猜想(由Alexandrov在2018年提出)与量子谱曲线猜想(由Gukov-Sulkowski在2012年提出)。其研究方法与结果有望推广到一般的计数几何理论中。       论文链接:https://doi.org/10.1016/j.aim.2024.110100
22
202505
我校获批30项2024年度省市联合基金(粤莞基金)项目
2025年5月,2024年度广东省基础与应用基础研究基金东莞市联合基金(粤莞基金)评审结果正式公布。我校共申请项目123项,获批立项30项,直接经费560万元,立项率24.39%,申请量与获批量较2023年均实现倍增。本次获批项目涵盖青年基金、地区培育项目,聚焦新材料、新一代电子信息、高端装备与智能制造、数理与交叉前沿等多个关键领域。 自筹建以来,学校高度重视科研团队建设,不断强化有组织科研,大力促进学科交叉与融合,全面提升科研攻关能力。在国家自然科学基金、广东省自然科学基金和省市联合基金(粤莞基金)申报工作中,学校通过举办基金辅导讲座、优化申报全流程服务等一系列举措,有效提升了申报书质量。此前,在2025年度广东省自然科学基金申请中,我校已获批立项9项,获批率20.45%。 未来,学校将持续完善科技创新生态,深化有组织科研,不断提升学校的科研创新能力和服务地方经济社会发展的水平,为大湾区高质量发展注入新动能。   
16
202505
赵金奎课题组在中子辐照电池失效机制研究方向取得新进展
? ? ? ? ? ? ? 大湾区大学(筹)物质科学学院赵金奎课题组在中子辐照电池失效机制研究领域取得新进展。相关研究成果以“Unexpected Planar Gliding and Microcracking Induced by Neutron Irradiation in Single-Crystalline LiCoO2 Cathodes”为题,发表在国际知名期刊ACS Energy Letters上。大湾区大学(筹)物质科学学院讲席教授赵金奎、松山湖材料实验室副研究员赵恩岳、中科院物理所于全芝研究员、散裂中子源科学中心梁天骄研究员为本论文共同通讯作者。大湾区大学(筹)为论文通讯单位。 ? ? ? ?本工作中的相关中子辐照实验在中国散裂中子源(CSNS)大气中子辐照谱仪(ANIS)完成,中子粉末衍射实验在多物理谱仪(MPI)完成,高分辨同步辐射X射线衍射实验在日本同步辐射光源Spring8完成。同时本工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、松山湖大科学装置开放课题和山东省自然科学基金的支持。 研究背景及成果 ? ? ?? ? ? ? ?卫星发射、空间站建设等航空航天工业的发展不仅拓宽了人类对宇宙的认知边界,同时在灾害监测、全球气候变化应对等领域也发挥着不可替代的战略价值。锂离子电池因其优异的能量密度和循环稳定性,已成为航空航天能源系统的核心组件。然而,深空环境中的高能射线与航天器材料作用产生的次级中子辐照,会引发电池材料的原子位移损伤。高能中子可通过弹性/非弹性散射传递足够动量使原子脱离晶格位点,形成空位缺陷与自间隙原子。此外,入射中子还可诱发多级碰撞,产生级联损伤,导致电极材料晶体结构失稳,加速电化学性能失效,最终威胁航天器关键任务的实施。因此,揭示中子辐照下电极材料的多尺度损伤机制,对发展深空抗辐照电池技术具有重要指导意义。 ? ? ? ?基于此,大湾区大学(筹)物质科学学院赵金奎课题组在国际上率先开展锂离子电池中子辐照失效机制研究。研究表明,中子辐照可诱发钴酸锂正极材料产生微裂纹,并使晶体内部应力显著增加。同时,中子辐照还会诱发锂离子迁移,破坏材料原有的锂亚晶格结构。进一步,原位中子辐照实验表明,中子辐照可加速材料的层间滑移,且这种滑移现象随着锂离子脱/嵌程度的增加而加剧。更为重要的是,研究人员发现材料的辐照损伤程度取决于其单晶粒径-粒径越小,辐照损伤越小。该研究不仅揭示了中子辐照诱导的新型电池失效机制,同时为开发面向极端工况的抗辐照正极材料提供了理论基础。 图1 (a)宇宙射线与航天器相互作用产生的空间辐照效应;(b) 中子辐照诱导晶体结构缺陷的微观损伤机制;(c) 原位中子辐照软包电池测试示意图;(d) 不同荷电状态下辐照电池中钴酸锂正极的结构演变。 图2 (a)不同粒径钴酸锂中子辐照剂量损失(模拟计算结果);(b, c)未辐照和辐照后三种不同粒径钴酸锂的微观结构变化。 论文链接 ? ??https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00828
4 56 7 8
查看更多