南京航空航天大学 - 《南京航空航天大学报》
张腾飞研究员课题组在NatureCommunications发表论文
2025-06-15
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本报讯 近日，我校张腾飞、复旦大学余学斌团队合作在NatureCommunications发表论文。我校与复旦大学联合培养的博士生胡钊僮，复旦大学博士生高攀宇/鞠顺隆/李映雪为论文共同第一作者。张腾飞研究员，章炜教授、余学斌教授为本文通讯作者。
研究人员从硅硫电极本征的特性切入，硅负极脱锂收缩，硫正极嵌锂膨胀，二者天然形成反向体积振荡。研究团队以此为基，提出“动态体积补偿”策略，通过高精度传感器实时捕捉应力演化，结合3D显微CT成像与有限元模拟，在全固态电池中实现应力的“中和之道”。硅硫协同有效缓解了电池体系内的应力累积，维持电池结构的稳定。基于此设计的电池展现525Whkg-1超高比能，并成功构建1.24Ah电芯原型。该研究借鉴宝贵的中国文化为高比能固态电池提供了“以自然之力驭自然之变”的新思路，推动硅基体系从实验室迈向产业化，彰显中国学者在新能源领域的原创思维与工程智慧。
随着电动汽车和便携电子设备对高能量密度电池需求的激增，硅负极因其极高的理论容量和丰富的资源储量，被视为下一代锂离子电池的理想负极。然而，硅在充放电过程中剧烈的体积膨胀导致电极粉化，界面接触失效等问题，严重限制了其实际应用。在固态电池中，固态电解质的刚性结构难以缓冲硅的体积变化，局部应力累积会引发锂枝晶生长和电池短路，成为制约高能量密度固态电池发展的核心瓶颈。因此，如何在全固态电池体系中精准调控应力平衡，成为突破高能量密度电池技术的关键。
该研究通过创新性提出动态体积补偿策略，成功解决了硅负极在全固态电池中因体积膨胀引发的应力累积难题，为未来硅基高比能固态电池提供了“应力中和”的设计思路。（材料学院）