北京理工大学材料学院陈人杰研究团队近日对未来供电的智能电池进行了综述研究，相关成果以“Smart batteries for powering the future”为题在国际顶级期刊《Joule》（影响因子：39.8）上发表。北京理工大学陈人杰教授、黄永鑫副教授为论文共同通讯作者，第一作者为博士生孟倩倩。

尽管锂离子电池可用于商业应用，但其电化学性能和适应性仍然受到固有材料缺陷和复杂技术创新的限制。面对以信息技术和人工智能为代表的第四次工业革命，基于这些颠覆性材料和技术，可以构建出电化学性能优越、可靠性突出的新型电池。基于多技术融合及多学科交叉，研究人员将智能概念引入电池设计和开发中，其主要是指电池与互联网背景下的先进技术和先进材料的兼容性发展，最终实现深度融合。

作者明确定义和讨论了“智能电池”的含义，同时对智能电池功能的作用机制和应用原理进行了详细阐述。智能电池是一种具备实时感知、动态响应、自主决策等功能的能量转化与存储系统，它集中运用了各种高新技术以及多学科交叉融合，实现对新型电池的设计制造与管理控制，可以满足储能系统的电化学性能提升、安全可靠性改善、应用适应性拓展和功能多样性优化的需求。根据智能功能的特点，作者按智能电池发展的智能程度将其分为实时感知型智能电池、动态响应型智能电池以及自主决策型能电池三个代系。

图1 智能电池的代系及相应功能

图2 智能电池发展路线图

虽然智能电池的研究已成为近年来的热点，但对其电化学性能、智能行为和实用性的探索仍处于起步阶段。为实现智能电池的开发与制造，在实现其功能多样化和性能优化的技术发展路线中，面临着诸多挑战与机遇。作者总结讨论了当前智能电池面临的科学问题以及可实现技术途径。其中，实时感知型智能电池，需解决传感器精度、信号分析与集成、耐腐蚀相容等问题，可通过高精度智能制造技术和人工智能算法进行改进；动态响应型智能电池，需突破智能材料设计应用对电池整体电化学性能影响等制约，结合机器学习和电化学模拟加速实现新材料筛选和电池系统集成优化；自主决策型智能电池，需应对海量数据传输和模型精度自主调控等挑战，借助物联网、类脑决策和智能控制等技术提升系统自主高效决策控制能力。在信息化与工业化深度融合的背景下，智能电池的发展将成为未来能源行业智能转型的核心内容，助力构建智能、高效、清洁、低碳的绿色工业体系。

原文信息：Qianqian Meng, Yongxin Huang*, Li Li, Feng Wu, Renjie Chen*. Smart batteries for powering the future. Joule, 2024, 8(2): 344

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.011

在吴锋院士的领导下，陈人杰教授团队致力于高比能二次电池的基础研究和工程应用。不仅聚焦于电池的基础电化学性能，还专注于电池材料的特殊功能，如感知、柔性自支撑和环境适应性等，以赋予电池智能功能。近期部分相关工作如下：

1. Super-Ionic Conductor Soft Filler Promotes Li⁺ Transport in Integrated Cathode-Electrolyte for Solid-State Battery at Room Temperature. Advanced Materials, 2024, 202403078. （IF=""29.4，第一作者：杨斌斌博士）

2. Regulating Sulfur Redox Kinetics by Coupling Photocatalysis for High-Performance Photo-Assisted Lithium-Sulfur Batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2024, e202402624. DOI: 10.1002/ange.202402624.（IF=""16.6，第一作者：刘毓浩博士）

3. Anion-Dominated Conventional-Concentrations Electrolyte to Improve Low-Temperature Performance of Lithium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials, 2024, 2400337. DOI: 10.1002/adfm.202400337.（IF=""19，第一作者：陈楠副教授）

4. Bifunctional Dynamic Adaptive Interphase Reconfiguration for Zinc Deposition Modulation and Side Reaction Suppression in Aqueous Zinc Ion Batteries, ACS Nano. 2023, 17, 12, 11946-11956. DOI: 10.1021/acsnano.3c04155.（IF=""17.1，第一作者：王辉荣博士）

5. Interface Engineering with Dynamics-mechanics Coupling for Highly Reactive and Reversible Aqueous Zinc-ion Batteries. Advanced Science, 2023, 2306656. DOI: 10.1002/advs.202306656.（IF=""15.1，第一作者：孟倩倩博士）

6. Co-MOF as Stress-Buffered Architecture: An Engineering for Improving the Performance of NiS/SnO₂ Heterojunction in Lithium Storage, Advanced Energy Materials. 2023, 2300413, DOI: 10.1002/aenm.202300413.（IF=""27.8，第一作者：张宁博士）

7. Encapsulation of Metallic Zn in Hybrid MXene/Graphene Aerogel as Stable Zn Anode for Foldable Zn‐ion Batteries. Advanced Materials, 2022, 2106897. DOI: 10.1002/adma.202106897.（IF=""29.4，第一作者：周佳辉博士）

8. A Soft Lithiophilic Graphene Aerogel for Stable Lithium Metal Anode, Advanced Functional Materials, 2020, 2002013. DOI: 10.1002/adfm.202002013.（IF=""19，第一作者：杨天宇博士）