在全球能源科技革新的浪潮中，高比能電池的研發(fā)已成為國(guó)防軍工及社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域不可或缺的一環(huán)，能夠?yàn)樘胤N裝備與新能源汽車(chē)提供更持久、更穩(wěn)定的動(dòng)力支持，對(duì)于強(qiáng)化武器裝備作戰(zhàn)能力、推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。高比能電極材料作為提升電池能量密度的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是儲(chǔ)能材料領(lǐng)域追求的永恒主題。硅負(fù)極具有高比容優(yōu)勢(shì)（理論容量4200 mAh/g），有望超越傳統(tǒng)體系，大幅提高電池能量密度（＞500 Wh/kg），契合未來(lái)儲(chǔ)能發(fā)展需求。然而，硅負(fù)極在電化學(xué)過(guò)程中物質(zhì)交換引發(fā)結(jié)構(gòu)畸變，導(dǎo)致服役壽命與高比能之間呈現(xiàn)出反向制約關(guān)系，嚴(yán)重制約了其規(guī)模應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，宋江選教授團(tuán)隊(duì)提出高比能二次電池仿生設(shè)計(jì)策略，構(gòu)建了兼具“高強(qiáng)韌-快導(dǎo)鋰”的仿貝殼結(jié)構(gòu)硅電極，設(shè)計(jì)了仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能粘合劑，解決了硅電極因大體積膨脹/收縮引發(fā)的離子輸運(yùn)失效與結(jié)構(gòu)崩塌問(wèn)題，揭示力-電多物理場(chǎng)下高比容合金負(fù)極穩(wěn)定化機(jī)制，為實(shí)用化硅負(fù)極提供了理論支撐。相關(guān)成果分別以《仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)粘合劑助力高比容硅負(fù)極離子輸運(yùn)和應(yīng)力釋放》（Neural Network Inspired Binder Enables Fast Li-Ion Transport and High Stress Adaptation for Si Anode）為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《納米快報(bào)》（Nano Letters），以《仿生貝殼結(jié)構(gòu)提升高面容量硅碳負(fù)極強(qiáng)韌性》（Biomimetics-Inspired Architecture Enables the Strength–Toughness of Ultrahigh-Loading Silicon Electrode）為題發(fā)表國(guó)際知名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）。

以上研究成果以西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位，宋江選教授為論文通訊作者，論文合作成員包括中國(guó)航天科技集團(tuán)第八研究院811所解晶瑩總師等人。該研究得到了科技部/工信部能源項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等資助，涉及到的表征及測(cè)試工作得到西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心和材料學(xué)院分析測(cè)試中心的大力支持。