2月27日，國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布《超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃2024年度項目指南》。重大研究計劃2024年度資助方式包括培育項目和重點支持項目。其中，培育項目包括電池新表征方法及機制等5個研究方向，重點支持項目包括電池系統(tǒng)工況表征新技術(shù)等6個研究方向。重大研究計劃擬資助培育項目約25項，直接費用資助強度不超過80萬元/項，資助期限為3年；擬資助重點支持項目約6項，直接費用資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年。

超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃2024年度資助研究方向　　

圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標為牽引，對于探索性強、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的申請項目，將以培育項目的方式予以資助，研究方向如下：　　

針對現(xiàn)有電池體系在安全、壽命、續(xù)航能力、充電時間、環(huán)境適應(yīng)性等方面的瓶頸問題，從電極設(shè)計、電芯構(gòu)筑、模組集成、電池組管理等尺度提出新概念和新結(jié)構(gòu)。鼓勵申請人提出超越傳統(tǒng)電池體系的原創(chuàng)性電池概念、新的能量儲存與轉(zhuǎn)換的物理化學(xué)機制，提出與當(dāng)前電池體系有本質(zhì)區(qū)別的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展路徑，發(fā)掘能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)輸運、穩(wěn)定性、安全性之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律與變化趨勢，闡明電池新結(jié)構(gòu)的能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化調(diào)控規(guī)律?！　?/span>

針對傳統(tǒng)雙電層理論和空間電荷層理論無法精準描述恒定電極電勢、恒定離子強度、非平衡態(tài)、離子極化場、復(fù)雜界面雙電層等電化學(xué)屬性的問題，發(fā)展針對復(fù)雜電池體系原位、動態(tài)的結(jié)構(gòu)和過程的精確、高效計算新方法和計算工作流，提出新理論；發(fā)展基于第一性原理的多物理場電化學(xué)雙電層仿真方法，建立從微觀到介觀的跨尺度電化學(xué)理論模型；探明多物理場耦合下的電荷轉(zhuǎn)移新機制，研究流體電池?zé)豳|(zhì)傳遞和電化學(xué)反應(yīng)耦合過程，構(gòu)建電池全生命周期全要素數(shù)字孿生系統(tǒng)和碳足跡模型。通過高通量計算以及實驗數(shù)據(jù)，發(fā)展針對正負電極、電解質(zhì)特定性質(zhì)的機器學(xué)習(xí)模型，挖掘、設(shè)計電池新材料；篩選可精確描述電池特性的描述符體系，利用機器學(xué)習(xí)模型，精確評估、預(yù)測電池全生命周期參數(shù)，明晰電池衰減以及失效機制，建立電池安全性預(yù)警策略?！　?/span>

針對傳統(tǒng)表征技術(shù)難以研究真實工況下電池的問題，發(fā)展先進的原位、工況表征新方法，揭示真實條件下電化學(xué)反應(yīng)機理，闡明電極材料結(jié)構(gòu)組成、電解液與界面微觀結(jié)構(gòu)及動態(tài)演變規(guī)律；建立表征數(shù)據(jù)可靠性的質(zhì)量管理體系；研究電池傳感響應(yīng)特性，開發(fā)電池?zé)o損-工況-全范圍檢測方法；探索超低溫、超高溫、微重力、強沖擊、強輻照等極端條件下電化學(xué)反應(yīng)過程和機制?！　?/span>

針對現(xiàn)有電池材料在能量密度、功率密度以及安全性、壽命、成本等方面的不足，突破傳統(tǒng)電池材料性能和資源瓶頸，開發(fā)基于豐產(chǎn)元素的高比能電池新材料，高安全寬溫域阻燃液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)，安全且高效的電極材料和關(guān)鍵輔材。結(jié)合電池材料基因數(shù)據(jù)庫和智能算法，發(fā)展自動化制備和實驗驗證技術(shù)，實現(xiàn)電池關(guān)鍵材料及配方的理性設(shè)計和自動化實驗驗證的智能閉環(huán)?！　?/span>

提出區(qū)別于基于傳統(tǒng)能質(zhì)轉(zhuǎn)化機制的電池體系，鼓勵創(chuàng)制顛覆性能量儲存新體系，發(fā)展基于新的能質(zhì)轉(zhuǎn)化原理與能量賦存形式的儲能器件，闡明儲能機制與性能特性的關(guān)聯(lián)，驗證新型儲能電池體系實現(xiàn)路徑和可行性，例如但不局限于同位素儲能電池、量子儲能電池、相變儲能電池、智慧儲能電池等非常規(guī)儲能體系?！　?/span>

圍繞前沿科學(xué)問題和產(chǎn)業(yè)重大需求，以總體科學(xué)目標為牽引，對于前期研究成果積累較好、對總體目標有較大貢獻的申請項目，將以重點支持項目的方式予以資助，鼓勵與企業(yè)聯(lián)合申報，研究方向如下：　　

針對電池體系動態(tài)、工況下關(guān)鍵信息采集和分析的瓶頸，依托大型科學(xué)儀器裝置和其他先進表征技術(shù)，以揭示電極結(jié)構(gòu)和電極-電解液表界面關(guān)鍵動態(tài)變化過程中的新原理、新機制為導(dǎo)向，構(gòu)建基于光譜、質(zhì)譜、能譜等多譜學(xué)方法聯(lián)用的原位/工況表征系統(tǒng)，實現(xiàn)共點（面）、同時刻原位表征電極結(jié)構(gòu)和電極-電解液表界面的關(guān)鍵動態(tài)變化過程，發(fā)展能覆蓋電池全生命周期的多維度工況表征技術(shù)，揭示新原理、新機制，針對電池體系關(guān)鍵動態(tài)過程的多模態(tài)全局表征建立新范式?！?/span>

針對現(xiàn)有儲能電池資源受限、高安全風(fēng)險等問題，開發(fā)基于豐產(chǎn)元素的新型高安全電活性物質(zhì)、正負極、電解質(zhì)等關(guān)鍵材料，闡明電化學(xué)反應(yīng)過程和能質(zhì)傳輸過程基本規(guī)律；通過先進表征和模擬方法，厘清電池失效機制，并提出結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，發(fā)展本質(zhì)安全、低成本、長壽命、寬溫域、快響應(yīng)的長時儲能電池新體系，實現(xiàn)電池80%深度充放電超萬次循環(huán)的性能突破，優(yōu)化模組集成和系統(tǒng)管理，探索其在大規(guī)模長時能量存儲領(lǐng)域的應(yīng)用?！　?/span>

針對現(xiàn)有動力電池續(xù)航里程短和充電速度慢等問題，創(chuàng)制兼容性好和離子電導(dǎo)率高的新型功能電解液、比能高和穩(wěn)定性好的正負極新材料和電池新架構(gòu)；結(jié)合原位表征技術(shù)和多尺度理論計算模擬，解析電池中物質(zhì)與能量輸運規(guī)律，闡明材料構(gòu)效關(guān)系，揭示材料、電極、電池、模組等不同尺度下結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，發(fā)展高比能、本質(zhì)安全、快充放、寬溫域的動力電池新體系，實現(xiàn)電池能量密度高于700Wh/kg和在10C倍率充電的性能突破，優(yōu)化模組集成與系統(tǒng)管理，并推動其在動力電源中的應(yīng)用。　　

針對現(xiàn)有固態(tài)電池體系載流子輸運速率慢、電極-電解質(zhì)固/固界面阻抗大等問題，通過開發(fā)新型固態(tài)電池關(guān)鍵材料與原位電化學(xué)表征技術(shù)，多尺度解析固態(tài)電池表界面結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，揭示熱-電-力-化學(xué)耦合下的電池性能衰退與熱失效機制，構(gòu)建大尺寸固態(tài)電池的多物理場耦合模型，發(fā)展高比能、高安全、長壽命的固態(tài)電池新體系，實現(xiàn)電池能量密度高于600Wh/kg和循環(huán)壽命大于1000周的性能突破，優(yōu)化模組集成與系統(tǒng)管理，提供固態(tài)電池失效預(yù)警與防護的理論依據(jù)?！　?/span>

針對超寬溫域、高壓力、微重力、高濕度、強沖擊、高加速度、強輻照等極端環(huán)境與力學(xué)條件下的能量可逆存儲需求，探明極端條件下荷質(zhì)傳輸動力學(xué)與過程強化規(guī)律，建立耐受極端條件的電池材料體系新架構(gòu)，開發(fā)滿足極端條件使用要求的長貯存、快激活、高比能電池，實現(xiàn)電池工作溫域?qū)捰?70℃～+80℃、抗過載能力大于20000g（加速度）或貯存壽命大于20年的性能突破，并提出電池模組集成與系統(tǒng)管理方法。