高校科研团队取得新突破，推动锂电池、闪存芯片再升级

锂电池续航与安全不可兼得难题被破解，全球首颗新型闪存芯片提供更高速、更低能耗的数据支撑 ，跟教育小微一起来看清华大学、复旦大学近期的科技创新成果——

清华大学

锂电池续航与安全不可兼得难题被破解

当前，电动汽车、电动飞行器、人形机器人等前沿领域对动力系统提出了高能量、高安全需求，开发兼具高能量密度和优异安全性能的电池器件已成为当前储能领域的核心挑战。记者从清华大学获悉，该校化工系张强教授团队成功开发出一种新型含氟聚醚电解质，构筑出能量密度达604 Wh kg-1的高安全聚合物电池，解开了锂电池续航与安全不可兼得的难题。该研究为开发实用化的高安全性、高能量密度固态锂电池提供了新思路与技术支撑。相关成果日前在线发表于国际期刊《自然》。

研究通过设计含氟聚醚电解质，实现了从分子结构到界面性能的创新：强吸电子基团拓宽了电压窗口；“–F∙∙∙Li⁺∙∙∙O–”锂键配位结构诱导形成富氟界面层，增强稳定性。最终成功构筑出能量密度达604 Wh kg⁻¹的高安全聚合物电池

固态电池凭借其高能量密度和安全潜力被广泛视为锂电池的重要发展方向，尤其是以富锂锰基层状氧化物作为正极材料的固态电池体系展现出实现能量密度突破600 Wh kg-1的潜力。然而固态电池在实际应用过程中仍面临两大难题：固—固材料之间因刚性接触导致的界面阻抗大，以及电解质在宽电压窗口下难以同时兼容高电压正极与强还原性负极的极端化学环境。

研究团队介绍，在传统固态电池设计中，常施加高压（上百个大气压）或构建多层电解质，以改善界面接触与兼容性。然而，高外压条件在实际器件中难以稳定维持复杂的多层结构，产生多种新问题，限制电池整体性能。如何在避免高外压和结构复杂化的前提下构建稳定高效的固—固界面，成为该领域的关键科学挑战。

针对以上挑战，研究团队提出了“富阴离子溶剂化结构”设计新策略，成功开发出一种新型含氟聚醚电解质。该电解质有效增强了固态界面的物理接触与离子传导能力，并显著提升了界面稳定性。

基于含氟聚醚电解质的全电池（a）综合性能卓越：0.5 C循环500次容量保持率72.1%（b）；8.96 Ah软包电池能量密度达604 Wh kg⁻¹（c），且显著优于其他体系（d）。热失控起始温度高，顺利通过针刺与热箱测试

得益于优化的界面性能，采用该电解质组装的富锂锰基聚合物电池表现出优异的电化学性能。基于该电解质构建的8.96安时聚合物软包全电池在施加1兆帕外压下，能量密度实现跨越式提升，达到604 Wh kg-1，远超目前商业化的磷酸铁锂储能/动力电芯、镍钴锰酸锂动力电芯。

在满充状态下，该电池还通过了针刺与120℃热箱（静置6小时）安全测试，无燃烧或爆炸现象，展现出优异的安全性能。（光明日报记者邓晖）

复旦大学

全球首颗！复旦团队研发新型闪存芯片

能提供更高速、更低能耗的数据支撑

日前，复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏、刘春森团队率先研发出全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片，攻克了新型二维信息器件工程化的关键难题，为新一代颠覆性器件缩短应用化周期提供范例。相关研究成果于北京时间10月8日晚间发表在《自然》杂志上。

今年4月，周鹏、刘春森团队研发出“破晓”二维闪存原型器件，实现了400皮秒超高速非易失存储，是迄今最快的半导体电荷存储技术，为打破算力发展困境提供了底层原理。时隔半年，团队将“破晓（PoX）”与成熟硅基CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺平台深度融合，率先研发出全球首颗二维-硅基混合架构芯片。

二维-硅基混合架构闪存芯片结构示意图，包含二维模块、CMOS控制电路和微米尺度通孔

作为集成电路的前沿领域，二维电子学近年来获得很多关注，但如何让这项技术得到真正的应用，让二维电子器件走向功能芯片？周鹏、刘春森团队主动融入产业链，尝试从未来应用的终点出发，“从10到0”倒推最具可能性的技术发展路径。

如何将二维材料与CMOS集成又不破坏其性能，是团队需要攻克的核心难题。“我们没有必要去改变CMOS，而是要去适应它。”团队从本身就具有一定柔性的二维材料入手，通过模块化的集成方案，先将二维存储电路与成熟CMOS电路分离制造，再与CMOS控制电路通过高密度单片互连技术（微米尺度通孔）实现完整芯片集成。

二维-硅基混合架构闪存芯片光学显微镜照片

正是这项核心工艺的创新，实现了在原子尺度上让二维材料和CMOS衬底的紧密贴合，最终实现超过94%的芯片良率。团队进一步提出了跨平台系统设计方法论，包含二维CMOS电路协同设计、二维CMOS跨平台接口设计等，并将这一系统集成框架命名为“长缨（CY-01）架构”。

“这是中国集成电路领域的‘源技术’。”展望二维-硅基混合架构闪存芯片的未来，团队期待该技术颠覆传统存储器体系，让通用型存储器取代多级分层存储架构，为人工智能、大数据等前沿领域提供更高速、更低能耗的数据支撑，让二维闪存成为AI时代的标准存储方案。（中国教育报记者任朝霞）

来源 |综合自《光明日报》、《中国教育报》，清华大学、复旦大学微信号

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