近日，美國能源部（DOE）宣布將在未來五年內為儲能聯(lián)合研究中心（JCESR）第二期投入1.2億美元，以推進電池科學和技術研究開發(fā)。未來五年，阿貢國家實驗室領導的JCESR將基于對材料原子和分子級別理論認知，采用“自下而上”模式開發(fā)用于不同電池的新型材料。其目標是設計和開發(fā)超出當前鋰離子電池容量的多價化學電池，并研究用于電網(wǎng)規(guī)模儲能的液流電池新概念。

JCESR將在五個方向進行重點研究以實現(xiàn)這些目標，包括：

液體溶劑化科學，重點研究內容包括：（1）靜置狀態(tài)溶劑化殼的平衡結構；（2）液體溶劑化對電荷界面和充電狀態(tài)等擾動的動態(tài)響應。該研究主要基于JCESR之前五年在電解質基因組中引入并開發(fā)的有機分子模擬，以及界面處溶劑化和去溶劑化現(xiàn)象的原位表征。

固體溶劑化科學，開發(fā)所有固體電解質的溶劑籠機理，重點內容包括：（1）柔性溶劑籠，如膜和聚合物；（2）硬質脆性溶劑籠，如玻璃和水晶。該研究將大量借鑒JCESR之前五年通過材料項目開發(fā)的晶體模擬技術，并將進行原位X射線分析、核磁共振和傳輸研究。固體的固定溶劑籠概念能夠與液體中的流動溶劑化殼相比較，從這個角度來看，液體電解質是固體電解質中柔性溶劑籠的終極。

流動性氧化還原科學，自下而上構建新型氧化還原劑，將新型構造的原子和分子結合起來，實現(xiàn)更高工作電壓、更高移動性、更長壽命、更高安全性和更低成本。重點內容包括：（1）變革性新型氧化還原劑設計；（2）引入智能、響應和再生特性。該研究通過開發(fā)氧化還原活性聚合物或氧化還原劑，為JCESR之前五年提出的液流電池新概念奠定分子基礎。

動態(tài)界面的電荷轉移，結合計算機模擬和界面結構原位表征技術，預測和合成具有電極保護、選擇性離子電導率和高穩(wěn)定性的新界面。重點研究內容包括：（1）了解相鄰電極和電解質組成的自發(fā)界面的演變過程；（2）研究界面定向生長以達到特定性能標準。

材料復雜性科學，通過計算機模擬缺陷晶體和長程無序玻璃，并在表征中研究如何控制材料缺陷濃度及無序程度。重點研究內容包括：（1）設計缺陷和無序材料以實現(xiàn)目標性能；（2）指導合成以實現(xiàn)目標缺陷濃度和無序程度。

編者按：JCESR是DOE最重要的儲能技術研究中心之一，于2012年12月成立，匯集了多個學科和十幾個領先實驗室及高校的頂級專家，以解決儲能領域的一系列重大科學挑戰(zhàn)。在成立的前五年中，JCESR取得了一系列的研究成果，包括：示范了一種用于液流電池的新型隔膜；在用雙電荷鎂代替單電荷鋰的電池科學基礎方面取得了實質性進展；開發(fā)了計算工具，利用該工具篩選出了超過24000種潛在的電解質和電極化合物，用于新的電池概念和化學品。此外，該中心還產(chǎn)出了380多篇經(jīng)過同行評審的論文，申請了100多項發(fā)明專利，成立了三家初創(chuàng)公司。