超越传统的电池体系重大研究计划2024年度项目指南.docx

关于发布超越传统的电池体系重大研究计划

2024年度项目指南的通告

国科金发计〔2024〕111号

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国家自然科学基金委员会现发布超越传统的电池体系重大研究计划2024年度项目指南，请申请人及依托单位按项目指南所述要求和注意事项申请。

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国家自然科学基金委员会

2024年2月26日

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超越传统的电池体系重大研究计划2024年度项目指南

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超越传统的电池体系重大研究计划面向“双碳”战略和国家安全的重大需求，针对储能电池与动力电池在能量密度、功率密度、安全性、环境适应性、资源与成本等方面面临的关键科学问题和技术瓶颈，发展超越传统的电池体系和相关理论，为我国下一代电池创新发展提供科学支撑。

一、科学目标

聚焦电池体系的能量与物质可控输运规律，突破传统平板电极界面电荷层理论、“摇椅式”嵌脱储能机制、传统电池材料体系与架构以及当前研究范式等，发挥多学科交叉融合研究优势，围绕超长寿命、高稳定性储能电池与超高比能动力电池新体系创新，取得前瞻性基础研究成果，引领全球电池科技变革，支撑我国“双碳”战略和能源科技自立自强。

二、核心科学问题

本重大研究计划围绕以下三个核心科学问题展开研究：

（一）多场耦合下的电子、离子、分子等多物种输运规律。

电池体系中物种的运动规律与输运理论，多物理场（电、磁、力、热、光等）耦合的多子传输与动态反应机制。

（二）跨尺度、多结构的能量-物质传递与转化规律。

电池体系中物质与能量输运的多尺度环境演变行为，多相微环境中电化学活性位点的协同机制和构效关系，电池全生命周期的结构演变规律。

（三）带电界面的相互作用与调控机制。

能量高密存储与高效转化的电池体系中电极与电解质表界面的作用机制，电池带电界面调控和性能提升规律。

三、2024年度资助研究方向

（一）培育项目。

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：

1.电池新概念及新结构。

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。

2.电池新理论及人工智能方法。

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。

3.电池新表征方法及机制。

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。

4.电池新材料及创制策略。

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。

5.颠覆性电池储能新体系。

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。

（二）重点支持项目。

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