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吳忠帥ACS Energy Lett.: 面向智能數字化時代的微尺度電化學儲能裝置

隨著以5G和物聯網技術為代表的數字時代不斷進步，微型電子終端將進入日常生活的方方面面。同時，這對微尺度電化學儲能裝置（MEESDs）提出了全方位的數字化要求，包括可定制和精確的描述，以在各種場景下準確匹配。

在此，中科院大連化物所吳忠帥研究員等人回顧了MEESDs的發展歷程，討論存在的主要問題，總結了MEESDs未來的研究方向。MEESDs，包括微型電池（MBs）和微型超級電容器（MSCs），最初是指至少一維尺寸在微米量級的儲能器件，然后逐漸擴展到體積較小或非傳統結構(如平面結構或光纖結構)或具有特殊功能(如靈活性、自愈性、美學特征)的儲能裝置。

作者從關鍵材料、電極幾何形狀、結構工程、制造工藝、功能特性和系統集成等方面介紹近年來MEESDs的典型進展并討論其設計原則。在此基礎上，對未來的研究方向提出了一些看法，以發展面向未來世界的數字MEESDs。

圖1. MEESD電極幾何形狀和結構工程

建立合理的評價標準是一切順利發展的前提。對于MEESDs的評估，參數選擇的原則應具有代表性、準確、獨立和簡約，并具有廣泛的應用范圍。另一方面，其他領域現有的成熟標準可以為推動MEESDs功能特性評估的標準化提供一些經驗；基于適當的評價標準，還需要了解結構-性質-性能的關系以促進MEESDs性能和功能的持續改進，通過先進的表征技術和模擬闡明從微觀到宏觀尺度的結構-性能關系是持續改進高性能MEESDs的最終途徑；

此外，迫切需要建立相關標準，將MEESDs功能特性的描述和評估數字化和規范化，進而共享機器學習預測和研究的數據庫，這往往需要企業和研究機構的密切合作。

圖2. 數字MEESD設計結構的評估標準、分析方法和機器學習

因此，現階段需要結合化學、材料、電子、工程力學、生物醫學、信息技術等多方面的學科優勢，不斷豐富知識和技術儲備，最終實現數字化MEESDs的可定制化、可編程化建設。

Digital Microscale Electrochemical Energy Storage Devices for a Fully Connected and Intelligent World, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01854

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