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　　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、復旦大學近期的科技創(chuàng)新成果——

　　清華大學：

　　鋰電池續(xù)航與安全不可兼得難題被破解

　　當前，電動汽車、電動飛行器、人形機器人等前沿領域?qū)恿ο到y(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前儲能領域的核心挑戰(zhàn)。記者從清華大學獲悉，該?；は祻垙娊淌趫F隊成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)，構筑出能量密度達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支撐。相關成果日前在線發(fā)表于國際期刊《自然》。

研究通過設計含氟聚醚電解質(zhì)，實現(xiàn)了從分子結構到界面性能的創(chuàng)新：強吸電子基團拓寬了電壓窗口；“–F???Li????O–”鋰鍵配位結構誘導形成富氟界面層，增強穩(wěn)定性。最終成功構筑出能量密度達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)出實現(xiàn)能量密度突破600 Wh kg-1的潛力。然而固態(tài)電池在實際應用過程中仍面臨兩大難題：固—固材料之間因剛性接觸導致的界面阻抗大，以及電解質(zhì)在寬電壓窗口下難以同時兼容高電壓正極與強還原性負極的極端化學環(huán)境。

　　研究團隊介紹，在傳統(tǒng)固態(tài)電池設計中，常施加高壓(上百個大氣壓)或構建多層電解質(zhì)，以改善界面接觸與兼容性。然而，高外壓條件在實際器件中難以穩(wěn)定維持復雜的多層結構，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構復雜化的前提下構建穩(wěn)定高效的固—固界面，成為該領域的關鍵科學挑戰(zhàn)。

　　針對以上挑戰(zhàn)，研究團隊提出了“富陰離子溶劑化結構”設計新策略，成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)。該電解質(zhì)有效增強了固態(tài)界面的物理接觸與離子傳導能力，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)異的電化學性能。基于該電解質(zhì)構建的8.96安時聚合物軟包全電池在施加1兆帕外壓下，能量密度實現(xiàn)跨越式提升，達到604 Wh kg-1，遠超目前商業(yè)化的磷酸鐵鋰儲能/動力電芯、鎳鈷錳酸鋰動力電芯。

　　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)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。

　　復旦大學：

　　全球首顆！復旦團隊研發(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，復旦大學集成電路與微納電子創(chuàng)新學院周鵬、劉春森團隊率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構閃存芯片，攻克了新型二維信息器件工程化的關鍵難題，為新一代顛覆性器件縮短應用化周期提供范例。相關研究成果于北京時間10月8日晚間發(fā)表在《自然》雜志上。

　　今年4月，周鵬、劉春森團隊研發(fā)出“破曉”二維閃存原型器件，實現(xiàn)了400皮秒超高速非易失存儲，是迄今最快的半導體電荷存儲技術，為打破算力發(fā)展困境提供了底層原理。時隔半年，團隊將“破曉(PoX)”與成熟硅基CMOS(互補金屬氧化物半導體)工藝平臺深度融合，率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構芯片。

二維-硅基混合架構閃存芯片結構示意圖，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域，二維電子學近年來獲得很多關注，但如何讓這項技術得到真正的應用，讓二維電子器件走向功能芯片?周鵬、劉春森團隊主動融入產(chǎn)業(yè)鏈，嘗試從未來應用的終點出發(fā)，“從10到0”倒推最具可能性的技術發(fā)展路徑。

　　如何將二維材料與CMOS集成又不破壞其性能，是團隊需要攻克的核心難題?！拔覀儧]有必要去改變CMOS，而是要去適應它?！眻F隊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(微米尺度通孔)實現(xiàn)完整芯片集成。

二維-硅基混合架構閃存芯片光學顯微鏡照片

　　正是這項核心工藝的創(chuàng)新，實現(xiàn)了在原子尺度上讓二維材料和CMOS襯底的緊密貼合，最終實現(xiàn)超過94%的芯片良率。團隊進一步提出了跨平臺系統(tǒng)設計方法論，包含二維CMOS電路協(xié)同設計、二維CMOS跨平臺接口設計等，并將這一系統(tǒng)集成框架命名為“長纓(CY-01)架構”。

　　“這是中國集成電路領域的‘源技術’?！闭雇S-硅基混合架構閃存芯片的未來，團隊期待該技術顛覆傳統(tǒng)存儲器體系，讓通用型存儲器取代多級分層存儲架構，為人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿領域提供更高速、更低能耗的數(shù)據(jù)支撐，讓二維閃存成為AI時代的標準存儲方案。