武漢理工大學場效應儲能芯片研究獲新進展
發(fā)布日期：2022/6/7 9:11:00
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2022年6月2日，Chem期刊在線發(fā)表了武漢理工大學麥立強教授團隊在場效應儲能芯片研究上取得的新進展，題為“Quadrupling the stored charge by extending the accessible density of states”。課題組通過在儲能材料中原位構筑梯度費米面結構，拓寬了材料的嵌入能級，使得電極材料離子遷移速率提高10倍，材料容量提高3倍以上。
晏夢雨、王佩瑤、潘雪雷為論文的共同第一作者，麥立強教授為論文的唯一通訊作者。
納米器件，例如細胞內記錄傳感器、電子設備、太陽能電池、熱電轉換設備和納米發(fā)電機，有望成為免維護植入式生物傳感器的基本組成部分。傳統(tǒng)上，集成器件包含三個關鍵組件：能量收集、能量存儲和功能組件（例如傳感器、數(shù)據發(fā)送器和數(shù)據控制器）。儲能設備可以存儲由太陽能電池、納米發(fā)電機或熱電轉換設備收集的離散能源，然后持續(xù)為傳感器和電子設備供電。因此，作為集成免維護器件中不可或缺的組成部分，納米級儲能器件的發(fā)展具有重要意義。場效應廣泛用于納米級電子器件，例如用于邏輯電路和放大器的晶體管，電子相變和液/固界面的調制，以實現(xiàn)液門控界面超導電性。盡管將磁場與電化學儲能器件結合使用已顯示出一些有趣的效果，但它需要在器件中加入磁性成分，因此限制了其應用。目前，電場效應尚未集成到電化學儲能器件中。盡管電化學儲能裝置在發(fā)生電荷轉移時會改變電子特性，但電子態(tài)密度（EDOS）的調制與儲能過程的直接聯(lián)系尚不清楚。
本研究工作中，麥立強教授團隊提出了調制材料費米能級結構實現(xiàn)儲能芯片性能倍增的新思路，設計構筑了一種場效應儲能芯片新架構，實現(xiàn)了電化學工況下材料費米面梯度的原位調控和性能提升。研究表明，通過在儲能材料中原位構筑梯度費米面結構，拓寬了材料的嵌入能級。施加場效應后，離子遷移速率提高10倍，材料容量提高3倍以上。這一研究成果解決了費米面梯度對電化學反應影響機制不明確的科學難題，實現(xiàn)了納米線容量與反應電勢的協(xié)同提升，填補了場效應儲能芯片領域的空白，為儲能芯片在物聯(lián)網等領域的應用奠定了科學基礎。
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