【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，機(jī)電工程學(xué)院、哈工大鄭州高等研究院楊立軍教授團(tuán)隊(duì)和化工與化學(xué)學(xué)院范立雙副教授在《材料科學(xué)與工程 R：報(bào)告》(Materials Science & Engineering R: Reports)上發(fā)表題為《鋅陽(yáng)極微結(jié)構(gòu)工程：加速高性能電池制造與產(chǎn)業(yè)化部署》(Microstructural engineering of zinc anodes: Expediting the fabrication and industrial-scale deployment of high-performance batteries)的綜述文章，系統(tǒng)闡述了鋅陽(yáng)極微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化前景，重點(diǎn)突出超快激光加工在推動(dòng)高性能鋅基儲(chǔ)能器件發(fā)展中的關(guān)鍵作用。
鋅基儲(chǔ)能器件因其高安全性、環(huán)境友好性和低成本優(yōu)勢(shì)，被視為下一代高功率密度、可持續(xù)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的理想候選者。然而，鋅陽(yáng)極在實(shí)際應(yīng)用中仍受限于枝晶生長(zhǎng)、界面副反應(yīng)等問(wèn)題，制約其大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程。傳統(tǒng)加工技術(shù)受限于精度與靈活性，難以實(shí)現(xiàn)鋅陽(yáng)極微納結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控與大面積均勻制備。
該綜述系統(tǒng)梳理了鋅陽(yáng)極失效機(jī)制，并圍繞“結(jié)構(gòu)調(diào)控-性能優(yōu)化-規(guī)模化制造”的研究范式，全面總結(jié)了基于物理、化學(xué)及印刷等原理的傳統(tǒng)微納制造策略及其局限性。文章重點(diǎn)指出，超快激光(飛秒/皮秒激光)憑借其亞微米級(jí)精度、非熱“冷加工”特性及三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建能力，能夠?qū)崿F(xiàn)鋅箔表面微納結(jié)構(gòu)的定制化構(gòu)筑，為鋅沉積動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)的協(xié)同優(yōu)化提供了創(chuàng)新技術(shù)路徑。文章進(jìn)一步分析比較了各類微納制造技術(shù)在環(huán)境友好性、加工成本、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、制造效率及工藝復(fù)雜度等方面的表現(xiàn)，指出超快激光加工在三維結(jié)構(gòu)完整性、形貌精度與非接觸加工準(zhǔn)確性方面具有不可替代的綜合優(yōu)勢(shì)。隨著激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速與市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)，超快激光加工成本有望進(jìn)一步優(yōu)化，為其在柔性電子、微能源等特定場(chǎng)景的商業(yè)化應(yīng)用提供可靠支撐。展望未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)提出三個(gè)關(guān)鍵發(fā)展方向：仿生納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)制引導(dǎo)下的精細(xì)化實(shí)施；面向產(chǎn)業(yè)部署的智能制造框架建立；極端環(huán)境服役性能評(píng)估體系構(gòu)建。
該工作系統(tǒng)論證了超快激光微納制造技術(shù)在推動(dòng)鋅陽(yáng)極微觀工程從實(shí)驗(yàn)室研究走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中的重要潛力，為下一代高性能、長(zhǎng)壽命鋅基儲(chǔ)能器件的開發(fā)與規(guī)模化部署提供了重要的理論指導(dǎo)與技術(shù)路線圖。
哈工大機(jī)電工程學(xué)院為第一通訊單位，哈工大鄭州高等研究院為第二通訊單位。鄭州高等研究院劉亞楠副研究員，機(jī)電工程學(xué)院丁燁副教授、楊立軍教授，化工與化學(xué)學(xué)院范立雙副教授為論文共同通訊作者。鄭州高等研究院博士生胡瓊蕾為論文第一作者。材料科學(xué)與工程學(xué)院徐杰教授，鄭州高等研究院博士生史向前，碩士生陳晨、郭士超參與相關(guān)研究工作。
該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、黑龍江省春雁科技人才支持計(jì)劃、河南省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、哈工大鄭州高等研究院科研啟動(dòng)基金等項(xiàng)目支持。
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