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吳忠?guī)汚CS Energy Lett.: 面向智能數(shù)字化時(shí)代的微尺度電化學(xué)儲(chǔ)能裝置

隨著以5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的數(shù)字時(shí)代不斷進(jìn)步，微型電子終端將進(jìn)入日常生活的方方面面。同時(shí)，這對(duì)微尺度電化學(xué)儲(chǔ)能裝置（MEESDs）提出了全方位的數(shù)字化要求，包括可定制和精確的描述，以在各種場(chǎng)景下準(zhǔn)確匹配。

在此，中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T等人回顧了MEESDs的發(fā)展歷程，討論存在的主要問題，總結(jié)了MEESDs未來的研究方向。MEESDs，包括微型電池（MBs）和微型超級(jí)電容器（MSCs），最初是指至少一維尺寸在微米量級(jí)的儲(chǔ)能器件，然后逐漸擴(kuò)展到體積較小或非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如平面結(jié)構(gòu)或光纖結(jié)構(gòu))或具有特殊功能(如靈活性、自愈性、美學(xué)特征)的儲(chǔ)能裝置。

作者從關(guān)鍵材料、電極幾何形狀、結(jié)構(gòu)工程、制造工藝、功能特性和系統(tǒng)集成等方面介紹近年來MEESDs的典型進(jìn)展并討論其設(shè)計(jì)原則。在此基礎(chǔ)上，對(duì)未來的研究方向提出了一些看法，以發(fā)展面向未來世界的數(shù)字MEESDs。

圖1. MEESD電極幾何形狀和結(jié)構(gòu)工程

建立合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是一切順利發(fā)展的前提。對(duì)于MEESDs的評(píng)估，參數(shù)選擇的原則應(yīng)具有代表性、準(zhǔn)確、獨(dú)立和簡(jiǎn)約，并具有廣泛的應(yīng)用范圍。另一方面，其他領(lǐng)域現(xiàn)有的成熟標(biāo)準(zhǔn)可以為推動(dòng)MEESDs功能特性評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)化提供一些經(jīng)驗(yàn)；基于適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，還需要了解結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-性能的關(guān)系以促進(jìn)MEESDs性能和功能的持續(xù)改進(jìn)，通過先進(jìn)的表征技術(shù)和模擬闡明從微觀到宏觀尺度的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系是持續(xù)改進(jìn)高性能MEESDs的最終途徑；

此外，迫切需要建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將MEESDs功能特性的描述和評(píng)估數(shù)字化和規(guī)范化，進(jìn)而共享機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)和研究的數(shù)據(jù)庫，這往往需要企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的密切合作。

圖2. 數(shù)字MEESD設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、分析方法和機(jī)器學(xué)習(xí)

因此，現(xiàn)階段需要結(jié)合化學(xué)、材料、電子、工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等多方面的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，不斷豐富知識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化MEESDs的可定制化、可編程化建設(shè)。

Digital Microscale Electrochemical Energy Storage Devices for a Fully Connected and Intelligent World, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01854

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