在全球能源科技革新的浪潮中，高比能電池的研發(fā)已成為國防軍工及社會經(jīng)濟領(lǐng)域不可或缺的一環(huán)，能夠為特種裝備與新能源汽車提供更持久、更穩(wěn)定的動力支持，對于強化武器裝備作戰(zhàn)能力、推動社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。高比能電極材料作為提升電池能量密度的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是儲能材料領(lǐng)域追求的永恒主題。硅負極具有高比容優(yōu)勢（理論容量4200 mAh/g），有望超越傳統(tǒng)體系，大幅提高電池能量密度（＞500 Wh/kg），契合未來儲能發(fā)展需求。然而，硅負極在電化學過程中物質(zhì)交換引發(fā)結(jié)構(gòu)畸變，導致服役壽命與高比能之間呈現(xiàn)出反向制約關(guān)系，嚴重制約了其規(guī)模應用。

針對上述問題，宋江選教授團隊提出高比能二次電池仿生設(shè)計策略，構(gòu)建了兼具“高強韌-快導鋰”的仿貝殼結(jié)構(gòu)硅電極，設(shè)計了仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能粘合劑，解決了硅電極因大體積膨脹/收縮引發(fā)的離子輸運失效與結(jié)構(gòu)崩塌問題，揭示力-電多物理場下高比容合金負極穩(wěn)定化機制，為實用化硅負極提供了理論支撐。相關(guān)成果分別以《仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)粘合劑助力高比容硅負極離子輸運和應力釋放》（Neural Network Inspired Binder Enables Fast Li-Ion Transport and High Stress Adaptation for Si Anode）為題發(fā)表在國際知名期刊《納米快報》（Nano Letters），以《仿生貝殼結(jié)構(gòu)提升高面容量硅碳負極強韌性》（Biomimetics-Inspired Architecture Enables the Strength–Toughness of Ultrahigh-Loading Silicon Electrode）為題發(fā)表國際知名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）。

以上研究成果以西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為第一單位，宋江選教授為論文通訊作者，論文合作成員包括中國航天科技集團第八研究院811所解晶瑩總師等人。該研究得到了科技部/工信部能源項目、國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎(chǔ)研究計劃等資助，涉及到的表征及測試工作得到西安交通大學分析測試共享中心和材料學院分析測試中心的大力支持。