深势与合作伙伴在能源新材料领域取得重要进展 两大成果均登国际顶刊！
近日，深势科技联合宁德时代21C创新实验室与北京大学数学科学学院和材料科学与工程学院、北京科学智能研究院（AI for Science Institute,Beijing，以下简称AISI），采用深度势能方法[1]研究硅基负极在脱嵌锂过程的相变和结构演化，并取得重要进展。相关研究成果以“Unraveling the Atomic-scale Mechanism of Phase Transformations and Structural Evolutions during (de)Lithiation in Si Anodes”为题发表在 Advanced Functional Materials 上[2]。此前，深势科技、北京科学智能研究院联合宁德时代21C创新实验室、宁波材料所采用深度势能方法[1]在研究有机无机复合钙钛矿的微观结构方面取得重大发现，研究成果“Hybrid nano-domain structures of organic-inorganic perovskites from molecule-cage coupling effects”也已在 Advanced Functional Materials 上发表[3]。至此，深势科技与宁德时代及合作方取得两大阶段性成果。本文将对相关工作进行介绍。
深势•宁德•北大•AISI：
深度势能有效模拟电池材料的
复杂反应路径和相转变过程
硅(Si)由于其极高的理论容量被认为是下一代高比能锂电池最理想的负极材料之一。不过，全面且深入的机理研究仍具有挑战性。
近年来，实验和理论已经做出了相当大的努力来研究Si负极的锂化/脱锂过程并表征中间a-LixSi相，但相关研究中多种现象仍存在许多争议，其背后的原子尺度过程仍不清晰。这主要是因为实验表征在原子尺度无法精准地捕捉无定形结构的局域特征。如c-Si和a-Si锂化之间平台高度的差异机理，有限电压滞后的潜在机制，a-Si和c-Si之间的应力差异机理。这些问题很大程度上取决于Si负极的锂化/脱锂路径，特别是 c-Si到中间a-LixSi相的结构演变，以及电压滞后下电压曲线的复现。
分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟是研究Si负极的电化学性质和结构演变的主要理论工具。由于人工智能领域的高速发展，机器学习势兼具ab initio MD的精度和传统MD的效率，能够实现大尺寸体系的高精度模拟，这为有效模拟电池材料的复杂反应路径和相转变过程开辟了新的机会。深势科技联合宁德时代与北大等合作伙伴的工作，借助深度势能训练了覆盖整个成分空间的高精度Li-Si势函数模型，进一步通过DeePMD再现了c-Si/a-Si锂化和c-Li3.75Si/a-Li4.5Si脱锂过程的电化学性质，捕捉了锂化/脱锂过程的结构转变特征。
该研究耦合DeePMD和巨正则蒙特卡洛（grand canonical Monte Carlo，GCMC）方法，计算了c-Si/a-Si锂化和c-Li3.75Si/a-Li4.5Si脱锂过程的电压曲线和结构演变路径（由于篇幅问题，详细的计算细节请见原文）。
在本工作中，作者训练了覆盖整个成分空间的高精度Li-Si势函数，并用于研究Si基负极的锂化/脱锂过程。基于该势函数，耦合DeePMD和GCMC模拟复现了Si基负极的锂化/脱锂过程诸多实验现象，如晶体与非晶体之间的电压平台差、c-Li15-δSi4到a-Li15-δSi4的相变引起的电压滞后等，揭示了锂化和脱锂反应路径的差异及原子尺度机理，为硅阳极的电化学性能和相变反应提供了重要的见解。
深势•AISI•宁德•宁波材料所：
机器学习加速企业和学界
对钙钛矿在光伏中的科研工作
小结
创新不是无源之水。目前中国在新能源领域已走到世界前列，除了正面攻坚科学难题，别无捷径。业界学界已有共识，新能源的瓶颈在于能源材料，而吃透材料的机理是实现高效理性设计的第一步，也是从“原始创新”走向“商业成功”的必经之路。
关于合作伙伴的相关情况，请参看：
北京大学数学科学学院：
北京大学材料科学与工程学院：
中科院宁波材料所：
参考资料
[1] Zhang, L., Han, J., Wang, H., Car, R. and E, W. Deep Potential Molecular Dynamics: A Scalable Model with the Accuracy of Quantum Mechanics. Phys. Rev. Lett., 2018, 120, 143001.
[2] Fu, F., Wang, X. Zhang, L., Yang, Y., Chen, J., Xu, B., Ouyang, C., Xu, S., Dai, F. Z., and E, W. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202303936.
[3]Ping Tuo, Lei Li, Xiaoxu Wang, Jianhui Chen, Zhicheng Zhong, Bo Xu, Fu-Zhi Dai , 2023,DOI: 10.1002/adfm.202301663.
[4]Ping Tuo, Lei Li, Xiaoxu Wang, Bo Xu, Jianhui Chen, Zhicheng Zhong, Fu-Zhi Dai, Hybrid nano-domain structures of organic-inorganic perovskites from molecule-cage coupling effects, arXiv:2209.12445
[5]P Tuo, DP还能干这个？DeePMD用于研究有机无机复合钙钛矿的微观结构, https://www.zhihu.com/org/shen-du-shi-neng-deep-potential
[6]EV何时能“充电五分钟，狂飙一千里”,https://mp.weixin.qq.com/s/NYgYTVlTpmLgGauX5IzQlw
[7]钙钛矿高效研发背后的“秘密武器”, https://mp.weixin.qq.com/s/Gp1umbHauo113B3ZyP1WRg
[8]DP还能干这个？DeePMD用于研究硅基负极脱嵌锂过程的相变和结构演化,https://mp.weixin.qq.com/s/kXiWgxXoKAR8SZwwlnurhw?scene=25#wechat_redirect
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