自然科學基金委：超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃2024年度項目指南發(fā)布
【化工儀器網(wǎng) 政策法規(guī)】 隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源的需求日益增長，傳統(tǒng)的電池技術已逐漸顯露出其局限性。近日，國家自然科學基金委員會印發(fā)《超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃2024年度項目指南》(以下簡稱《指南》)。
《指南》的科學目標是聚焦電池體系的能量與物質(zhì)可控輸運規(guī)律，突破傳統(tǒng)平板電極界面電荷層理論、“搖椅式”嵌脫儲能機制、傳統(tǒng)電池材料體系與架構(gòu)以及當前研究范式等，發(fā)揮多學科交叉融合研究優(yōu)勢，圍繞超長壽命、高穩(wěn)定性儲能電池與超高比能動力電池新體系創(chuàng)新，取得前瞻性基礎研究成果，引領全球電池科技變革，支撐我國“雙碳”戰(zhàn)略和能源科技自立自強。
《指南》重點圍繞“多場耦合下的電子、離子、分子等多物種輸運規(guī)律”、“跨尺度、多結(jié)構(gòu)的能量-物質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化規(guī)律”、“帶電界面的相互作用與調(diào)控機制”這三個核心科學問題展開研究。
《指南》規(guī)定了2024年度資助研究方向分為培育項目和重點支持項目。其中，培育項目包括電池新表征方法及機制等5個研究方向，重點支持項目包括電池系統(tǒng)工況表征新技術等6個研究方向。重大研究計劃擬資助培育項目約25項，直接費用資助強度不超過80萬元/項，資助期限為3年；擬資助重點支持項目約6項，直接費用資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年。
原文如下：
超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃2024年度項目指南
超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃面向“雙碳”戰(zhàn)略和國家安全的重大需求，針對儲能電池與動力電池在能量密度、功率密度、安全性、環(huán)境適應性、資源與成本等方面面臨的關鍵科學問題和技術瓶頸，發(fā)展超越傳統(tǒng)的電池體系和相關理論，為我國下一代電池創(chuàng)新發(fā)展提供科學支撐。
一、科學目標
聚焦電池體系的能量與物質(zhì)可控輸運規(guī)律，突破傳統(tǒng)平板電極界面電荷層理論、“搖椅式”嵌脫儲能機制、傳統(tǒng)電池材料體系與架構(gòu)以及當前研究范式等，發(fā)揮多學科交叉融合研究優(yōu)勢，圍繞超長壽命、高穩(wěn)定性儲能電池與超高比能動力電池新體系創(chuàng)新，取得前瞻性基礎研究成果，引領全球電池科技變革，支撐我國“雙碳”戰(zhàn)略和能源科技自立自強。
二、核心科學問題
本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學問題展開研究：
(一)多場耦合下的電子、離子、分子等多物種輸運規(guī)律。
電池體系中物種的運動規(guī)律與輸運理論，多物理場(電、磁、力、熱、光等)耦合的多子傳輸與動態(tài)反應機制。
(二)跨尺度、多結(jié)構(gòu)的能量-物質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化規(guī)律。
電池體系中物質(zhì)與能量輸運的多尺度環(huán)境演變行為，多相微環(huán)境中電化學活性位點的協(xié)同機制和構(gòu)效關系，電池全生命周期的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。
(三)帶電界面的相互作用與調(diào)控機制。
能量高密存儲與高效轉(zhuǎn)化的電池體系中電極與電解質(zhì)表界面的作用機制，電池帶電界面調(diào)控和性能提升規(guī)律。
三、2024年度資助研究方向
(一)培育項目。
圍繞上述科學問題，以總體科學目標為牽引，對于探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好的申請項目，將以培育項目的方式予以資助，研究方向如下：
1.電池新概念及新結(jié)構(gòu)。
針對現(xiàn)有電池體系在安全、壽命、續(xù)航能力、充電時間、環(huán)境適應性等方面的瓶頸問題，從電極設計、電芯構(gòu)筑、模組集成、電池組管理等尺度提出新概念和新結(jié)構(gòu)。鼓勵申請人提出超越傳統(tǒng)電池體系的原創(chuàng)性電池概念、新的能量儲存與轉(zhuǎn)換的物理化學機制，提出與當前電池體系有本質(zhì)區(qū)別的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展路徑，發(fā)掘能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)輸運、穩(wěn)定性、安全性之間的關聯(lián)規(guī)律與變化趨勢，闡明電池新結(jié)構(gòu)的能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化調(diào)控規(guī)律。
2.電池新理論及人工智能方法。
針對傳統(tǒng)雙電層理論和空間電荷層理論無法精準描述恒定電極電勢、恒定離子強度、非平衡態(tài)、離子極化場、復雜界面雙電層等電化學屬性的問題，發(fā)展針對復雜電池體系原位、動態(tài)的結(jié)構(gòu)和過程的精確、高效計算新方法和計算工作流，提出新理論；發(fā)展基于第一性原理的多物理場電化學雙電層仿真方法，建立從微觀到介觀的跨尺度電化學理論模型；探明多物理場耦合下的電荷轉(zhuǎn)移新機制，研究流體電池熱質(zhì)傳遞和電化學反應耦合過程，構(gòu)建電池全生命周期全要素數(shù)字孿生系統(tǒng)和碳足跡模型。通過高通量計算以及實驗數(shù)據(jù)，發(fā)展針對正負電極、電解質(zhì)特定性質(zhì)的機器學習模型，挖掘、設計電池新材料；篩選可精確描述電池特性的描述符體系，利用機器學習模型，精確評估、預測電池全生命周期參數(shù)，明晰電池衰減以及失效機制，建立電池安全性預警策略。
3.電池新表征方法及機制。
針對傳統(tǒng)表征技術難以研究真實工況下電池的問題，發(fā)展先進的原位、工況表征新方法，揭示真實條件下電化學反應機理，闡明電極材料結(jié)構(gòu)組成、電解液與界面微觀結(jié)構(gòu)及動態(tài)演變規(guī)律；建立表征數(shù)據(jù)可靠性的質(zhì)量管理體系；研究電池傳感響應特性，開發(fā)電池無損-工況-全范圍檢測方法；探索超低溫、超高溫、微重力、強沖擊、強輻照等極端條件下電化學反應過程和機制。
4.電池新材料及創(chuàng)制策略。
針對現(xiàn)有電池材料在能量密度、功率密度以及安全性、壽命、成本等方面的不足，突破傳統(tǒng)電池材料性能和資源瓶頸，開發(fā)基于豐產(chǎn)元素的高比能電池新材料，高安全寬溫域阻燃液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)，安全且高效的電極材料和關鍵輔材。結(jié)合電池材料基因數(shù)據(jù)庫和智能算法，發(fā)展自動化制備和實驗驗證技術，實現(xiàn)電池關鍵材料及配方的理性設計和自動化實驗驗證的智能閉環(huán)。
5.顛覆性電池儲能新體系。
提出區(qū)別于基于傳統(tǒng)能質(zhì)轉(zhuǎn)化機制的電池體系，鼓勵創(chuàng)制顛覆性能量儲存新體系，發(fā)展基于新的能質(zhì)轉(zhuǎn)化原理與能量賦存形式的儲能器件，闡明儲能機制與性能特性的關聯(lián)，驗證新型儲能電池體系實現(xiàn)路徑和可行性，例如但不局限于同位素儲能電池、量子儲能電池、相變儲能電池、智慧儲能電池等非常規(guī)儲能體系。
(二)重點支持項目。
圍繞前沿科學問題和產(chǎn)業(yè)重大需求，以總體科學目標為牽引，對于前期研究成果積累較好、對總體目標有較大貢獻的申請項目，將以重點支持項目的方式予以資助，鼓勵與企業(yè)聯(lián)合申報，研究方向如下：
1.電池系統(tǒng)工況表征新技術。
針對電池體系動態(tài)、工況下關鍵信息采集和分析的瓶頸，依托大型科學儀器裝置和其他先進表征技術，以揭示電極結(jié)構(gòu)和電極-電解液表界面關鍵動態(tài)變化過程中的新原理、新機制為導向，構(gòu)建基于光譜、質(zhì)譜、能譜等多譜學方法聯(lián)用的原位/工況表征系統(tǒng)，實現(xiàn)共點(面)、同時刻原位表征電極結(jié)構(gòu)和電極-電解液表界面的關鍵動態(tài)變化過程，發(fā)展能覆蓋電池全生命周期的多維度工況表征技術，揭示新原理、新機制，針對電池體系關鍵動態(tài)過程的多模態(tài)全局表征建立新范式。
2.基于豐產(chǎn)元素的本質(zhì)安全電化學長時儲能新體系。
針對現(xiàn)有儲能電池資源受限、高安全風險等問題，開發(fā)基于豐產(chǎn)元素的新型高安全電活性物質(zhì)、正負極、電解質(zhì)等關鍵材料，闡明電化學反應過程和能質(zhì)傳輸過程基本規(guī)律；通過先進表征和模擬方法，厘清電池失效機制，并提出結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，發(fā)展本質(zhì)安全、低成本、長壽命、寬溫域、快響應的長時儲能電池新體系，實現(xiàn)電池80%深度充放電超萬次循環(huán)的性能突破，優(yōu)化模組集成和系統(tǒng)管理，探索其在大規(guī)模長時能量存儲領域的應用。
3.高比能高功率高安全的動力電池新體系。
針對現(xiàn)有動力電池續(xù)航里程短和充電速度慢等問題，創(chuàng)制兼容性好和離子電導率高的新型功能電解液、比能高和穩(wěn)定性好的正負極新材料和電池新架構(gòu)；結(jié)合原位表征技術和多尺度理論計算模擬，解析電池中物質(zhì)與能量輸運規(guī)律，闡明材料構(gòu)效關系，揭示材料、電極、電池、模組等不同尺度下結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，發(fā)展高比能、本質(zhì)安全、快充放、寬溫域的動力電池新體系，實現(xiàn)電池能量密度高于700Wh/kg和在10C倍率充電的性能突破，優(yōu)化模組集成與系統(tǒng)管理，并推動其在動力電源中的應用。
4.高比能長壽命高安全的全固態(tài)電池。
針對現(xiàn)有固態(tài)電池體系載流子輸運速率慢、電極-電解質(zhì)固/固界面阻抗大等問題，通過開發(fā)新型固態(tài)電池關鍵材料與原位電化學表征技術，多尺度解析固態(tài)電池表界面結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，揭示熱-電-力-化學耦合下的電池性能衰退與熱失效機制，構(gòu)建大尺寸固態(tài)電池的多物理場耦合模型，發(fā)展高比能、高安全、長壽命的固態(tài)電池新體系，實現(xiàn)電池能量密度高于600Wh/kg和循環(huán)壽命大于1000周的性能突破，優(yōu)化模組集成與系統(tǒng)管理，提供固態(tài)電池失效預警與防護的理論依據(jù)。
5.極端條件下能質(zhì)高效轉(zhuǎn)化的電池新體系。
針對超寬溫域、高壓力、微重力、高濕度、強沖擊、高加速度、強輻照等極端環(huán)境與力學條件下的能量可逆存儲需求，探明極端條件下荷質(zhì)傳輸動力學與過程強化規(guī)律，建立耐受極端條件的電池材料體系新架構(gòu)，開發(fā)滿足極端條件使用要求的長貯存、快激活、高比能電池，實現(xiàn)電池工作溫域?qū)捰?minus;70℃～+80℃、抗過載能力大于20000g(加速度)或貯存壽命大于20年的性能突破，并提出電池模組集成與系統(tǒng)管理方法。
6.電池人工智能大模型與數(shù)據(jù)共享平臺。
針對電池體系在時空尺度的跨越性、復雜性以及多物理場、多參數(shù)耦合性，構(gòu)建標準電池模型的實驗和計算融合數(shù)據(jù)庫與開放交互共享平臺，發(fā)展可精細化描述新電池體系結(jié)構(gòu)與性能的人工智能大模型；通過多維度關鍵特征信息抽取和機器學習訓練，融合電池領域文獻與現(xiàn)有大語言模型，訓練具有百億級參數(shù)體量的電池體系大語言模型，為電池新結(jié)構(gòu)開發(fā)、新材料體系設計，新物理化學機制挖掘、全壽命運行監(jiān)測管理等提供智能化數(shù)據(jù)化手段和共享平臺。
四、項目遴選的基本原則
(一)緊密圍繞核心科學問題，注重需求及應用背景約束，鼓勵原創(chuàng)性、基礎性和交叉性的前沿探索。
(二)優(yōu)先資助能夠解決超越傳統(tǒng)的電池體系中的基礎科學難題并具有應用前景的研究項目。
(三)重點支持項目應具有良好的研究基礎和前期積累，對總體科學目標有直接貢獻與支撐。
五、2024年度資助計劃
擬資助培育項目約25項，直接費用資助強度不超過80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”；擬資助重點支持項目約6項，直接費用資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日-2028年12月31日”。
六、申請要求及注意事項
(一)申請條件。
本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：
1. 具有承擔基礎研究課題的經(jīng)歷；
2. 具有高級專業(yè)技術職務(職稱)。
在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。
(二)限項申請規(guī)定。
執(zhí)行《2024年度國家自然科學基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關要求。
(三)申請注意事項。
申請人和依托單位應當認真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2024年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2024年度國家自然科學基金項目申請與結(jié)題等有關事項的通告》中相關要求。
1.本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2024年4月1日-2024年4月11日16時。
(1)申請人應當按照科學基金網(wǎng)絡信息系統(tǒng)中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。
(2)本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，對多學科相關研究進行戰(zhàn)略性的方向引導和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據(jù)本重大研究計劃擬解決的核心科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內(nèi)容、技術路線和相應的研究經(jīng)費等。
(3)申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“超越傳統(tǒng)的電池體系”，受理代碼選擇T01，根據(jù)申請的具體研究內(nèi)容選擇不超過5個申請代碼。培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。
(4)申請人在申請書起始部分應明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現(xiàn)本重大研究計劃科學目標的貢獻。
如果申請人已經(jīng)承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區(qū)別與聯(lián)系。
2.依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2024年4月11日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于4月12日16時前在線提交本單位項目申請清單。
3.其他注意事項。
(1)為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。
(2)為加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦1次資助項目的年度學術交流會，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動。
(四)咨詢方式。
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聯(lián)系電話：010-62328382
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