北京大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”系列賽事是校內(nèi)規(guī)模最大、最具權(quán)威性和影響力的學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽。自創(chuàng)辦以來(lái)，賽事已成功舉辦三十三屆，始終致力于鼓勵(lì)和引導(dǎo)廣大學(xué)生關(guān)注科技學(xué)術(shù)前沿，在實(shí)踐中提升學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力，為學(xué)術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧。根據(jù)本屆“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽評(píng)審要求，經(jīng)過(guò)學(xué)院初審與校級(jí)決賽答辯，北京大學(xué)第三十三屆“挑戰(zhàn)杯”系列賽事（包括五四青年科學(xué)獎(jiǎng)、跨學(xué)科競(jìng)賽及特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)）評(píng)審工作已圓滿完成，并于2025年6月正式公布獲獎(jiǎng)名單。
在本屆賽事中，新材料學(xué)院共兩支隊(duì)伍參賽并斬獲佳績(jī)，榮獲五四青年科學(xué)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、跨學(xué)科競(jìng)賽優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)。特此向獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)及指導(dǎo)老師表示祝賀！
特等獎(jiǎng)項(xiàng)目介紹
項(xiàng)目名稱：原位壓力電池測(cè)試模具以及電池內(nèi)部形貌演化的測(cè)試方法
課題背景：在碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)推動(dòng)下，固態(tài)電池因其本征安全性與高能量密度，成為全球新型儲(chǔ)能技術(shù)的重要研究方向。然而，電池運(yùn)行過(guò)程中界面接觸狀態(tài)、電化學(xué)反應(yīng)與外部壓力之間存在復(fù)雜耦合，傳統(tǒng)測(cè)試手段難以實(shí)現(xiàn)同步觀測(cè)與結(jié)構(gòu)解析，限制了對(duì)其性能演化機(jī)制的深入理解。為突破現(xiàn)有測(cè)試瓶頸，亟需構(gòu)建一種集成結(jié)構(gòu)成像、壓力控制與電化學(xué)測(cè)試于一體的原位耦合表征系統(tǒng)，以支撐固態(tài)電池材料優(yōu)化與機(jī)制研究的系統(tǒng)性推進(jìn)。
研究方法：本研究提出并實(shí)現(xiàn)了一種集成原位CT成像、電化學(xué)測(cè)試與可控壓力監(jiān)測(cè)的多物理場(chǎng)耦合表征方法，旨在實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池運(yùn)行過(guò)程中的結(jié)構(gòu)、力學(xué)與電性能的同步獲取與關(guān)聯(lián)分析。研究通過(guò)以下方法展開(kāi)：
系統(tǒng)構(gòu)建：自主設(shè)計(jì)并搭建了原位壓力電池測(cè)試模具，采用PEEK或PTFE等低吸收高強(qiáng)度材料以兼容X射線與中子成像，嵌入高靈敏度壓力傳感器與電信號(hào)接口，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載與信號(hào)傳輸。
同步采集機(jī)制：建立CT圖像、壓力曲線與電化學(xué)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)采集系統(tǒng)，采用觸發(fā)同步機(jī)制或后期配準(zhǔn)算法，確保三類物理量的時(shí)間一致性與空間協(xié)同性。
多物理參數(shù)耦合分析模型：圍繞極化電壓、界面壓力和CT灰度圖像三類核心數(shù)據(jù)，構(gòu)建聯(lián)合分析模型，系統(tǒng)揭示電池內(nèi)部鋰沉積、界面反應(yīng)、副產(chǎn)物堆積等關(guān)鍵行為之間的因果關(guān)系。
應(yīng)用驗(yàn)證：將測(cè)試平臺(tái)應(yīng)用于多類固態(tài)電池體系中，實(shí)證檢驗(yàn)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)形貌演化、電化學(xué)響應(yīng)與力學(xué)狀態(tài)耦合行為表征方面的可靠性和適應(yīng)性。
研究結(jié)論：本研究成功構(gòu)建了一套集成原位CT成像、壓力監(jiān)測(cè)與電化學(xué)測(cè)試的三位一體耦合表征系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)測(cè)試手段在“結(jié)構(gòu)—力學(xué)—電性能”同步獲取方面的技術(shù)瓶頸。通過(guò)采用高強(qiáng)度低吸收材料、模塊化模具設(shè)計(jì)及高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù)采集機(jī)制，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池在服役過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演化、界面壓力變化與電化學(xué)性能的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該方法具備良好的成像兼容性、數(shù)據(jù)一致性與適配性，為揭示鋰金屬沉積、界面副反應(yīng)與應(yīng)力演化等多物理耦合機(jī)制提供了有力技術(shù)支撐，也為高性能固態(tài)電池材料設(shè)計(jì)和界面優(yōu)化提供了新路徑與工具平臺(tái)。
隊(duì)員赴北京參加決賽答辯
成員介紹：
謝玉婷：北京大學(xué)新材料學(xué)院2024級(jí)碩士研究生，研究方向?yàn)槿虘B(tài)電池負(fù)極材料。在本項(xiàng)目中擔(dān)任隊(duì)長(zhǎng)，全面負(fù)責(zé)項(xiàng)目的整體規(guī)劃與組織協(xié)調(diào)工作，主導(dǎo)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)與實(shí)施路徑，統(tǒng)籌各階段任務(wù)分配，牽頭撰寫(xiě)項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)和總結(jié)報(bào)告，確保項(xiàng)目有序推進(jìn)并高質(zhì)量完成。
狄龍邦：北京大學(xué)新材料學(xué)院2024級(jí)博士研究生，長(zhǎng)期從事全固態(tài)電池相關(guān)研究，尤其在電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與CT原位表征技術(shù)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)。在本項(xiàng)目中，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建與優(yōu)化，承擔(dān)關(guān)鍵模具設(shè)計(jì)任務(wù)，主導(dǎo)開(kāi)展核心實(shí)驗(yàn)工作，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案提出技術(shù)支持與改進(jìn)建議。
楊子涵：北京大學(xué)新材料學(xué)院2024級(jí)碩士研究生，研究方向包括非晶電解質(zhì)和富鋰錳基正極材料。在本項(xiàng)目中，主要負(fù)責(zé)文獻(xiàn)調(diào)研和資料匯總工作，協(xié)助開(kāi)展實(shí)驗(yàn)并系統(tǒng)收集與整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目分析與結(jié)果論證提供重要支撐。
張智媛：北京大學(xué)匯豐商學(xué)院2024級(jí)碩士研究生，具備良好的管理與溝通能力。在本項(xiàng)目中，協(xié)助完成項(xiàng)目相關(guān)的資料整理及文字潤(rùn)色等工作，并參與項(xiàng)目階段成果展示材料的準(zhǔn)備工作，促進(jìn)項(xiàng)目材料的規(guī)范化表達(dá)。
學(xué)術(shù)活動(dòng)是激發(fā)青年人才創(chuàng)新潛能、推動(dòng)素質(zhì)教育深入發(fā)展的重要平臺(tái)。新材料學(xué)院始終致力于營(yíng)造優(yōu)質(zhì)科創(chuàng)環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生投身課外學(xué)術(shù)實(shí)踐與競(jìng)賽，提升創(chuàng)新能力，展現(xiàn)學(xué)術(shù)風(fēng)采。歡迎同學(xué)們持續(xù)關(guān)注并積極參與北京大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”等學(xué)術(shù)賽事，在實(shí)踐中探索前沿、突破自我！
