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麦立强教授团队场效应储能芯片研究取得新进展

发布:2022-06-03 09:07 来源:材料科学与工程学院

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日前,我校麦立强教授团队在场效应储能芯片研究上取得新进展,成果以“Quadrupling the stored charge by extending the accessible density of states”为题,发表在Cell(《细胞》)杂志子刊Chem(《化学》)(doi.org/10.1016/j.chempr.2022.05.004)。在储能芯片领域,团队设计构筑了国际上第一个单根纳米线电化学储能器件,实现单纳米基元电化学储能器件从01的突破[Nano Lett., 2010, 10, 4273],进而研制出多点接触型等10套单纳米基元微纳电化学器件[Nat. Commun. 8 (2017) 64; Adv. Mater. 29 (2017) 1604464; Nano Lett. 7 (2017) 4109]。因该开创性成果,受Nature邀请发表了该刊首篇以单根纳米线电化学器件为代表的实时监测电池退化专题论文[Nature 546 (2017) 469]。该工作是团队在储能芯片领域的又一突破。

储能芯片是支撑车联网、智慧农业、医疗无线监测等技术发展的核心器件,是我国《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出的重点发展领域。然而储能芯片能量密度低,材料费米面结构与电化学反应规律缺乏研究,难以对其性能进行调制和优化。

本研究工作提出了调制材料费米能级结构实现储能芯片性能倍增的新思路,通过设计构筑场效应储能芯片,实现了电化学工况下材料费米面梯度的原位调控和性能提升。研究表明,通过在储能材料中原位构筑梯度费米面结构,拓宽了材料的嵌入能级。施加场效应后,离子迁移速率提高10倍,材料容量提高3倍以上。这一研究成果解决了费米面梯度对电化学反应影响机制不明确的科学难题,实现了纳米线容量与反应电势的协同提升,填补了场效应储能芯片领域的空白,为储能芯片在物联网等领域的应用奠定了科学基础。

梯度费米面扩宽离子嵌入能级、提高储能特性

明升88大学麦立强教授为论文的唯一通讯作者,晏梦雨为该文章的第一作者。本研究得到了国家重点研发计划-变革性技术关键科学问题(2020YFA715000)和国家重大科研仪器研制项目(52127816)的支持。Chem是世界最权威的学术杂志之一Cell 2016创立的子刊。作为Cell的第一本化学综合类子刊,Chem一直致力于推广化学及其交叉领域的创造性突破,刊发旨在解决全球性挑战的应用和基础研究论文,2021年影响因子为22.804。

论文链接:

团队简介

明升88大学麦立强教授团队长期致力于纳米储能材料与器件的研究,构筑了国际上第一个单根纳米线固态储能器件,创建了原位表征材料电化学过程的普适新模型,率先实现了高性能纳米线电池及关键材料的规模化制备和应用。取得了一系列国际认可的创新性成果,在Nature(1篇)、Nature、Science及Cell子刊(18篇)等期刊发表SCI论文400余篇。获国家自然科学奖二等奖(第一完成人)、何梁何利基金科学与技术创新奖(青年奖)、科睿唯安全球高被引科学家。麦立强教授策划发起的“战疫科普高端论坛”已成为广大科研工作者在常态化疫情防控下科研交流、学习科普的学术平台,上线至今累计吸引18万人次在线观看,已得到人民日报、China Daily等媒体的报道,受到观众们的广泛好评。

晏梦雨,美国华盛顿州研究基金会创新学者,陕西省“百人计划”特聘专家,长期从事微纳原位器件设计及构筑技术的研究,设计构筑了国际上首个场效应电化学器件[Adv. Mater., 2017, 29(7): 1604464,Chem, 2022, doi.org/10.1016/j.chempr.2022.05.004];提出并开发了基于单纳米基元的多原位方法协作表征平台[Nature, 2017, 546(7659): 469-470,Nat. Commun., 2017, 8: 645];研发推广了高时间分辨率电化学原位XRD技术,该系列技术已被清华大学、宁德时代等国内外100余家科研机构和企业采用。晏梦雨已在Nature、Nat. Commun.、Chem、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.等期刊发表论文90余篇,论文被引12000余次。2018年获教育部自然科学一等奖(第五完成人)。

(通讯员:喻科菘 审稿人:卢少平)