近日，美國(guó)能源部（DOE）宣布將在未來(lái)五年內(nèi)為儲(chǔ)能聯(lián)合研究中心（JCESR）第二期投入1.2億美元，以推進(jìn)電池科學(xué)和技術(shù)研究開(kāi)發(fā)。未來(lái)五年，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的JCESR將基于對(duì)材料原子和分子級(jí)別理論認(rèn)知，采用“自下而上”模式開(kāi)發(fā)用于不同電池的新型材料。其目標(biāo)是設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)超出當(dāng)前鋰離子電池容量的多價(jià)化學(xué)電池，并研究用于電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的液流電池新概念。

JCESR將在五個(gè)方向進(jìn)行重點(diǎn)研究以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，包括：

液體溶劑化科學(xué)，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：（1）靜置狀態(tài)溶劑化殼的平衡結(jié)構(gòu)；（2）液體溶劑化對(duì)電荷界面和充電狀態(tài)等擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該研究主要基于JCESR之前五年在電解質(zhì)基因組中引入并開(kāi)發(fā)的有機(jī)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(xué)，開(kāi)發(fā)所有固體電解質(zhì)的溶劑籠機(jī)理，重點(diǎn)內(nèi)容包括：（1）柔性溶劑籠，如膜和聚合物；（2）硬質(zhì)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(guò)材料項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的晶體模擬技術(shù)，并將進(jìn)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(dòng)溶劑化殼相比較，從這個(gè)角度來(lái)看，液體電解質(zhì)是固體電解質(zhì)中柔性溶劑籠的終極。

流動(dòng)性氧化還原科學(xué)，自下而上構(gòu)建新型氧化還原劑，將新型構(gòu)造的原子和分子結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)更高工作電壓、更高移動(dòng)性、更長(zhǎng)壽命、更高安全性和更低成本。重點(diǎn)內(nèi)容包括：（1）變革性新型氧化還原劑設(shè)計(jì)；（2）引入智能、響應(yīng)和再生特性。該研究通過(guò)開(kāi)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(chǔ)。

動(dòng)態(tài)界面的電荷轉(zhuǎn)移，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬和界面結(jié)構(gòu)原位表征技術(shù)，預(yù)測(cè)和合成具有電極保護(hù)、選擇性離子電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性的新界面。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：（1）了解相鄰電極和電解質(zhì)組成的自發(fā)界面的演變過(guò)程；（2）研究界面定向生長(zhǎng)以達(dá)到特定性能標(biāo)準(zhǔn)。

材料復(fù)雜性科學(xué)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬缺陷晶體和長(zhǎng)程無(wú)序玻璃，并在表征中研究如何控制材料缺陷濃度及無(wú)序程度。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：（1）設(shè)計(jì)缺陷和無(wú)序材料以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)性能；（2）指導(dǎo)合成以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)缺陷濃度和無(wú)序程度。

編者按：JCESR是DOE最重要的儲(chǔ)能技術(shù)研究中心之一，于2012年12月成立，匯集了多個(gè)學(xué)科和十幾個(gè)領(lǐng)先實(shí)驗(yàn)室及高校的頂級(jí)專(zhuān)家，以解決儲(chǔ)能領(lǐng)域的一系列重大科學(xué)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(xué)基礎(chǔ)方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展；開(kāi)發(fā)了計(jì)算工具，利用該工具篩選出了超過(guò)24000種潛在的電解質(zhì)和電極化合物，用于新的電池概念和化學(xué)品。此外，該中心還產(chǎn)出了380多篇經(jīng)過(guò)同行評(píng)審的論文，申請(qǐng)了100多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，成立了三家初創(chuàng)公司。