鋰電池續(xù)航與安全不可兼得難題被破解，全球首顆新型閃存芯片提供更高速、更低能耗的數(shù)據(jù)支撐 ，一起來看清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)近期的科技創(chuàng)新成果——

　　清華大學(xué)：

　　鋰電池續(xù)航與安全不可兼得難題被破解

　　當(dāng)前，電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛行器、人形機(jī)器人等前沿領(lǐng)域?qū)?dòng)力系統(tǒng)提出了高能量、高安全需求，開發(fā)兼具高能量密度和優(yōu)異安全性能的電池器件已成為當(dāng)前儲(chǔ)能領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。記者從清華大學(xué)獲悉，該校化工系張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)，構(gòu)筑出能量密度達(dá)604 Wh kg-1的高安全聚合物電池，解開了鋰電池續(xù)航與安全不可兼得的難題。該研究為開發(fā)實(shí)用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了新思路與技術(shù)支撐。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于國際期刊《自然》。

研究通過設(shè)計(jì)含氟聚醚電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了從分子結(jié)構(gòu)到界面性能的創(chuàng)新：強(qiáng)吸電子基團(tuán)拓寬了電壓窗口；“–F???Li????O–”鋰鍵配位結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)形成富氟界面層，增強(qiáng)穩(wěn)定性。最終成功構(gòu)筑出能量密度達(dá)604 Wh kg?1的高安全聚合物電池

　　固態(tài)電池憑借其高能量密度和安全潛力被廣泛視為鋰電池的重要發(fā)展方向，尤其是以富鋰錳基層狀氧化物作為正極材料的固態(tài)電池體系展現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)能量密度突破600 Wh kg-1的潛力。然而固態(tài)電池在實(shí)際應(yīng)用過程中仍面臨兩大難題：固—固材料之間因剛性接觸導(dǎo)致的界面阻抗大，以及電解質(zhì)在寬電壓窗口下難以同時(shí)兼容高電壓正極與強(qiáng)還原性負(fù)極的極端化學(xué)環(huán)境。

　　研究團(tuán)隊(duì)介紹，在傳統(tǒng)固態(tài)電池設(shè)計(jì)中，常施加高壓(上百個(gè)大氣壓)或構(gòu)建多層電解質(zhì)，以改善界面接觸與兼容性。然而，高外壓條件在實(shí)際器件中難以穩(wěn)定維持復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生多種新問題，限制電池整體性能。如何在避免高外壓和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的前提下構(gòu)建穩(wěn)定高效的固—固界面，成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)。

　　針對以上挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)新策略，成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)。該電解質(zhì)有效增強(qiáng)了固態(tài)界面的物理接觸與離子傳導(dǎo)能力，并顯著提升了界面穩(wěn)定性。

基于含氟聚醚電解質(zhì)的全電池(a)綜合性能卓越：0.5 C循環(huán)500次容量保持率72.1%(b);8.96 Ah軟包電池能量密度達(dá)604 Wh kg?1(c)，且顯著優(yōu)于其他體系(d)。熱失控起始溫度高，順利通過針刺與熱箱測試

　　得益于優(yōu)化的界面性能，采用該電解質(zhì)組裝的富鋰錳基聚合物電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能?；谠撾娊赓|(zhì)構(gòu)建的8.96安時(shí)聚合物軟包全電池在施加1兆帕外壓下，能量密度實(shí)現(xiàn)跨越式提升，達(dá)到604 Wh kg-1，遠(yuǎn)超目前商業(yè)化的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能/動(dòng)力電芯、鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電芯。

　　在滿充狀態(tài)下，該電池還通過了針刺與120℃熱箱(靜置6小時(shí))安全測試，無燃燒或爆炸現(xiàn)象，展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能。

　　復(fù)旦大學(xué)：

　　全球首顆！復(fù)旦團(tuán)隊(duì)研發(fā)新型閃存芯片

　　能提供更高速、更低能耗的數(shù)據(jù)支撐

　　日前，復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片，攻克了新型二維信息器件工程化的關(guān)鍵難題，為新一代顛覆性器件縮短應(yīng)用化周期提供范例。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間10月8日晚間發(fā)表在《自然》雜志上。

　　今年4月，周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“破曉”二維閃存原型器件，實(shí)現(xiàn)了400皮秒超高速非易失存儲(chǔ)，是迄今最快的半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)，為打破算力發(fā)展困境提供了底層原理。時(shí)隔半年，團(tuán)隊(duì)將“破曉(PoX)”與成熟硅基CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝平臺(tái)深度融合，率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)芯片。

二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片結(jié)構(gòu)示意圖，包含二維模塊、CMOS控制電路和微米尺度通孔

　　作為集成電路的前沿領(lǐng)域，二維電子學(xué)近年來獲得很多關(guān)注，但如何讓這項(xiàng)技術(shù)得到真正的應(yīng)用，讓二維電子器件走向功能芯片?周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)主動(dòng)融入產(chǎn)業(yè)鏈，嘗試從未來應(yīng)用的終點(diǎn)出發(fā)，“從10到0”倒推最具可能性的技術(shù)發(fā)展路徑。

　　如何將二維材料與CMOS集成又不破壞其性能，是團(tuán)隊(duì)需要攻克的核心難題?！拔覀儧]有必要去改變CMOS，而是要去適應(yīng)它?！眻F(tuán)隊(duì)從本身就具有一定柔性的二維材料入手，通過模塊化的集成方案，先將二維存儲(chǔ)電路與成熟CMOS電路分離制造，再與CMOS控制電路通過高密度單片互連技術(shù)(微米尺度通孔)實(shí)現(xiàn)完整芯片集成。

二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片光學(xué)顯微鏡照片

　　正是這項(xiàng)核心工藝的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了在原子尺度上讓二維材料和CMOS襯底的緊密貼合，最終實(shí)現(xiàn)超過94%的芯片良率。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了跨平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論，包含二維CMOS電路協(xié)同設(shè)計(jì)、二維CMOS跨平臺(tái)接口設(shè)計(jì)等，并將這一系統(tǒng)集成框架命名為“長纓(CY-01)架構(gòu)”。

　　“這是中國集成電路領(lǐng)域的‘源技術(shù)’?！闭雇S-硅基混合架構(gòu)閃存芯片的未來，團(tuán)隊(duì)期待該技術(shù)顛覆傳統(tǒng)存儲(chǔ)器體系，讓通用型存儲(chǔ)器取代多級分層存儲(chǔ)架構(gòu)，為人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿領(lǐng)域提供更高速、更低能耗的數(shù)據(jù)支撐，讓二維閃存成為AI時(shí)代的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)方案。