镧系新型固态电解质来了 有助开发高比能全固态锂电池
科技日报讯 (记者吴长锋)4月6日,记者从中国科学技术大学获悉,该校姚宏斌课题组、李震宇课题组与浙江工业大学陶新永课题组合作,设计开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族,实现了无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果论文4月5日发表于《自然》。
金属卤化物固态电解质因其宽电化学窗口、良好的室温电导率和不错的可变形性,展现出比氧化物/硫化物固态电解质更好的高电压氧化物正极适配性。然而,目前报道的大多数金属卤化物固态电解质采用高电位的锂铟合金,限制了高能量密度全固态锂金属电池的开发。同时,传统的金属卤化物固态电解质晶格中氯离子是六方或立方紧密堆积,其空间体积较小,对锂离子的传导有一定限制。因此,开发对锂金属负极稳定的新型快离子导体框架结构是发展高比能全固态锂金属电池面临的关键挑战。
研究人员发现,镧系金属卤化物晶格中氯离子呈非紧密堆积形式,天然存在丰富的一维大尺寸孔道,适合锂离子的高速传输,并可通过镧空位形成连续的三维传导。
研究人员选择高价离子掺杂策略来制造镧空位,得益于大尺寸高速离子通道和相邻通道间超强的交换作用,优化的金属卤化物固态电解质表现出高室温离子电导率和低活化能,优于传统氧化物和最近报道的卤化物固态电解质,可与部分硫化物电解质相媲美。基于此,研究人员组装的全固态锂金属原型电池无须负极垫层和正极包覆等额外的常用界面稳定手段,即可实现室温下百圈以上的循环。
此外,研究人员还发现,镧系金属卤化物可容纳大量异种非镧系金属元素,且在此状态下仍能保持快离子传输的晶型结构特征。这一性质赋予了镧系金属卤化物框架极强的可拓展性。未来通过合理的元素设计,镧系金属卤化物固态电解质有望具备实现更高界面稳定性、更快离子传导和更廉价原料成本的巨大潜力,将成为一个全新的电解质家族。
2023-04-12 09:10 广州市生态环境局
4月6日上午,为助力提升越秀区环境质量水平,促进生态产业链高质量发展,广州市生态环境局越秀分局会同广州市越秀生态环境产业协会在广州麓湖国际酒店组织召开越秀区环保企业高质量发展座谈会。越秀区人民政府陈烯副区长,区工商业联合会、区科技工业和信息化局、区商务局、区民政局相关工作人员及广东省环境保护产业协会、广州环境保护产业协会、越秀区辖内部分环保企业代表等30多人参会。
参会的职能部门介绍了越秀区2022年生态环境质量状况、经济发展状况及招商引资推介、高新技术企业认定等相关政策;省、市环境保护产业协会分别介绍了广东省环保产业经济发展状况和广州市环保产业发展现状及展望;环保企业就做大做强环保产业,促进企业发展提出了自身意见。同时,政府和企业就如何加快环保产业高质量发展、环保产业如何更好地为深入打好污染防治攻坚战做好支撑和服务、如何有针对性的做好企业服务等方面进行座谈。
陈烯副区长提出,各方要加强交流协作,形成工作合力。环保企业要立足新发展阶段,贯彻新发展理念,落实习近平生态文明思想,聚焦“节能、环保、生态”,积极参与“老城市新活力创新发展示范区”的建设,在老城区改造过程中体现绿色环保思想,树立典型,辐射周边,形成具有鲜明越秀特色的节能环保和生态产业链;要充分发挥越秀区独特区位优势,结合辖区内医疗机构众多等特点,勇于创新,积极开拓市场;要做好服务、做强技术、做大体量,为越秀区经济发展作出更大贡献。
(广州市生态环境局越秀分局)
食品、人体器官、火箭……
(本报记者 刘 霞)3D打印工艺是指由机器自主“打印”连续的一层层软性、液体或粉末状材料,这些材料会迅速硬化或融合,从而形成三维固态物体。自20世纪80年代问世以来,3D打印技术已经取得长足进步,广泛应用于制造、医疗、航空航天等领域。科学家们利用3D打印技术打印出了火箭、食品,甚至直接在人体内3D打印生物材料。
美国商业与科技博客网站techdee.com在近日的报道中指出,随着技术的进一步发展,3D打印将继续在多个领域发挥重要作用,其六大发展趋势或将影响和改变世界。
改变太空旅行面貌
自2014年向国际空间站发送3D打印机以来,美国国家航空航天局(NASA)一直在太空开展3D打印实验,他们利用3D打印机制造国际空间站所需的各种物体。
俄罗斯宇航员在国际空间站首次用3D打印机制作出了太空工作所需的零部件——摄像头固定架。
3D打印机的出现令宇航员们可在太空直接打印所需的零部件及工具,不必等待从地球上“发货”。
此外,在太空的微重力环境下,3D打印出来的生物器官和组织比在地球上成熟得更快,效率也更高,科学家们有望借助3D打印技术在国际空间站打印出人体器官。
满足精准医疗需求
生物(器官)打印技术有望改变世界。生物打印包括使用3D打印技术创建人体组织和器官等生物结构,尽管这项技术仍处于早期阶段,但它已经显示出了诱人的前景,背后的驱动力是“人类实实在在的需求”。
未来,生物打印可消除对捐献器官的需求。如去年6月,美国一家再生医学制造公司宣布,一名出生时右耳发育不良的20岁女性移植了由她自己的细胞3D打印的耳朵。该公司称,这是首个已知的由活体组织制成的3D打印器官的例子,未来3D打印可产生更复杂的肝脏、肾脏和胰腺。此外,生物打印可让医生为特定患者打印出个性化药物。
生物3D打印也开始向人体深处迈进。澳大利亚工程师研制出了一种微型软体机器人手臂,可将生物材料直接3D打印到人体器官上,未来医生们有望通过小的皮肤切口,将该设备送入人体内难以触及的区域,精简未来的医疗程序,加速疾病治愈。
开发全新飞机火箭
航空航天领域很早已开始利用3D打印技术进行原型制作和生产,2023年,这一趋势将继续高歌猛进。
例如,NASA已经借助3D打印技术制造出了火箭发动机,这可能会带来更高效、更具成本效益的太空旅行。美国民营航天公司“相对论”甚至制造出了首枚3D打印火箭“人族一号”。“人族一号”高33.5米,85%的组成部分由3D打印而成,连火箭的发动机也由3D打印技术制造。未来,通过3D打印技术或能研制出全新类型的飞机彻底改变航空航天行业。
创造个性化膳食
食品打印代表的是3D打印技术领域一种相对较新的发展趋势。
美国哥伦比亚大学研究团队在《npj·食品科学》杂志上发表论文称,他们的3D打印机使用全麦饼干、花生酱、榛子巧克力酱、香蕉泥、草莓酱、樱桃糖浆和糖霜这7种原料制作出了芝士蛋糕。研究团队认为,激光烹饪和3D打印食品,能让主厨在毫米级的尺度集中香气和质感,创造出新的食物体验。
未来,食品打印可能成为创造个性化膳食的一种常见方式,例如,餐馆可使用食品打印技术为某位顾客专门制作餐点。
提高教育创新能力
3D打印技术声名鹊起,教育机构正在积极地对待这项技术,不仅将其纳入课程,也将其作为一种有价值且可持续的教育工具。如美国麻省理工学院、弗吉尼亚理工大学等都开设了3D打印课程。
培养和促进创造力是将3D打印融入教育的最显著优势之一。3D打印技术可让学生将所想转化为有形的物体,利用这些物品来更快、更有效地学习,还能够随时修改创意,而不只是停留在抽象的概念。3D打印可用于科学教育,使学生自己创建分子、细胞和其他生物结构的模型,获得动手学习体验。3D打印还提供许多机会来帮助跨学科学习。
定制时尚产品
此外,通过3D打印技术,人们可大规模生产定制产品,而传统制造方法无法实现这一点,这将为时尚、医疗保健和消费品等行业带来一系列新的机遇。
在今年2月的巴黎时装周秀场上,从高级定制时装品牌迪奥的德比鞋,到丹麦时尚品牌Rains的厚底鞋,人们看到了多款3D打印鞋的身影,表明3D打印技术正在鞋类甚至时尚领域大放异彩。
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