自然科学基金委：超越传统的电池体系重大研究计划指南发布

2月27日，国家自然科学基金委员会发布《超越传统的电池体系重大研究计划2024年度项目指南》。重大研究计划2024年度资助方式包括培育项目和重点支持项目。其中，培育项目包括电池新表征方法及机制等5个研究方向，重点支持项目包括电池系统工况表征新技术等6个研究方向。重大研究计划拟资助培育项目约25项，直接费用资助强度不超过80万元/项，资助期限为3年；拟资助重点支持项目约6项，直接费用资助强度约为300万元/项，资助期限为4年。

超越传统的电池体系重大研究计划2024年度资助研究方向　　

围绕上述科学问题，以总体科学目标为牵引，对于探索性强、选题新颖、前期研究基础较好的申请项目，将以培育项目的方式予以资助，研究方向如下：　　

针对现有电池体系在安全、寿命、续航能力、充电时间、环境适应性等方面的瓶颈问题，从电极设计、电芯构筑、模组集成、电池组管理等尺度提出新概念和新结构。鼓励申请人提出超越传统电池体系的原创性电池概念、新的能量储存与转换的物理化学机制，提出与当前电池体系有本质区别的结构体系与发展路径，发掘能量转换、物质输运、稳定性、安全性之间的关联规律与变化趋势，阐明电池新结构的能质传递与转化调控规律。　　

针对传统双电层理论和空间电荷层理论无法精准描述恒定电极电势、恒定离子强度、非平衡态、离子极化场、复杂界面双电层等电化学属性的问题，发展针对复杂电池体系原位、动态的结构和过程的精确、高效计算新方法和计算工作流，提出新理论；发展基于第一性原理的多物理场电化学双电层仿真方法，建立从微观到介观的跨尺度电化学理论模型；探明多物理场耦合下的电荷转移新机制，研究流体电池热质传递和电化学反应耦合过程，构建电池全生命周期全要素数字孪生系统和碳足迹模型。通过高通量计算以及实验数据，发展针对正负电极、电解质特定性质的机器学习模型，挖掘、设计电池新材料；筛选可精确描述电池特性的描述符体系，利用机器学习模型，精确评估、预测电池全生命周期参数，明晰电池衰减以及失效机制，建立电池安全性预警策略。　　

针对传统表征技术难以研究真实工况下电池的问题，发展先进的原位、工况表征新方法，揭示真实条件下电化学反应机理，阐明电极材料结构组成、电解液与界面微观结构及动态演变规律；建立表征数据可靠性的质量管理体系；研究电池传感响应特性，开发电池无损-工况-全范围检测方法；探索超低温、超高温、微重力、强冲击、强辐照等极端条件下电化学反应过程和机制。　　

针对现有电池材料在能量密度、功率密度以及安全性、寿命、成本等方面的不足，突破传统电池材料性能和资源瓶颈，开发基于丰产元素的高比能电池新材料，高安全宽温域阻燃液态和固态电解质，安全且高效的电极材料和关键辅材。结合电池材料基因数据库和智能算法，发展自动化制备和实验验证技术，实现电池关键材料及配方的理性设计和自动化实验验证的智能闭环。　　

提出区别于基于传统能质转化机制的电池体系，鼓励创制颠覆性能量储存新体系，发展基于新的能质转化原理与能量赋存形式的储能器件，阐明储能机制与性能特性的关联，验证新型储能电池体系实现路径和可行性，例如但不局限于同位素储能电池、量子储能电池、相变储能电池、智慧储能电池等非常规储能体系。　　

围绕前沿科学问题和产业重大需求，以总体科学目标为牵引，对于前期研究成果积累较好、对总体目标有较大贡献的申请项目，将以重点支持项目的方式予以资助，鼓励与企业联合申报，研究方向如下：　　

针对电池体系动态、工况下关键信息采集和分析的瓶颈，依托大型科学仪器装置和其他先进表征技术，以揭示电极结构和电极-电解液表界面关键动态变化过程中的新原理、新机制为导向，构建基于光谱、质谱、能谱等多谱学方法联用的原位/工况表征系统，实现共点（面）、同时刻原位表征电极结构和电极-电解液表界面的关键动态变化过程，发展能覆盖电池全生命周期的多维度工况表征技术，揭示新原理、新机制，针对电池体系关键动态过程的多模态全局表征建立新范式。　

针对现有储能电池资源受限、高安全风险等问题，开发基于丰产元素的新型高安全电活性物质、正负极、电解质等关键材料，阐明电化学反应过程和能质传输过程基本规律；通过先进表征和模拟方法，厘清电池失效机制，并提出结构调控策略，发展本质安全、低成本、长寿命、宽温域、快响应的长时储能电池新体系，实现电池80%深度充放电超万次循环的性能突破，优化模组集成和系统管理，探索其在大规模长时能量存储领域的应用。　　

针对现有动力电池续航里程短和充电速度慢等问题，创制兼容性好和离子电导率高的新型功能电解液、比能高和稳定性好的正负极新材料和电池新架构；结合原位表征技术和多尺度理论计算模拟，解析电池中物质与能量输运规律，阐明材料构效关系，揭示材料、电极、电池、模组等不同尺度下结构演变规律，发展高比能、本质安全、快充放、宽温域的动力电池新体系，实现电池能量密度高于700Wh/kg和在10C倍率充电的性能突破，优化模组集成与系统管理，并推动其在动力电源中的应用。　　

针对现有固态电池体系载流子输运速率慢、电极-电解质固/固界面阻抗大等问题，通过开发新型固态电池关键材料与原位电化学表征技术，多尺度解析固态电池表界面结构演化规律，揭示热-电-力-化学耦合下的电池性能衰退与热失效机制，构建大尺寸固态电池的多物理场耦合模型，发展高比能、高安全、长寿命的固态电池新体系，实现电池能量密度高于600Wh/kg和循环寿命大于1000周的性能突破，优化模组集成与系统管理，提供固态电池失效预警与防护的理论依据。　　

针对超宽温域、高压力、微重力、高湿度、强冲击、高加速度、强辐照等极端环境与力学条件下的能量可逆存储需求，探明极端条件下荷质传输动力学与过程强化规律，建立耐受极端条件的电池材料体系新架构，开发满足极端条件使用要求的长贮存、快激活、高比能电池，实现电池工作温域宽于−70℃～+80℃、抗过载能力大于20000g（加速度）或贮存寿命大于20年的性能突破，并提出电池模组集成与系统管理方法。