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前瞻技術脈動：先進材料與技術（202407）

關鍵字：太陽能電池；二維鈣鈦礦；鋰離子電池；電動車；稀疏張量；高效能運算；機器學習；全固態鋰硫電池；人工智慧；
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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年3月22日
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圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202407）

突破性的合成方法增進了太陽能電池的穩定性
萊斯大學、西北大學與賓州大學等校的研究團隊，透過控制結晶過程的溫度和持續時間，實現了理想厚度和純度的二維鈣鈦礦半導體層，解決了傳統二維鈣鈦礦太陽電池不穩定性的問題。這項技術被稱為「動力學控制空間侷限」，可望改善鹵化鈣鈦礦太陽電池的穩定性並降低成本。這項突破能增加二維鈣鈦礦合成的量子井厚度，從而改善了材料的特性，對於太陽能電池等領域的應用具有重要意義，相關已發表於《 Nature Synthesis》期刊。
參考資料：Breakthrough synthesis method improves solar cell stability. TechXplore, 2023/10/26.

新電池技術可以帶來更安全、高能量的電動車
鋰離子電池因其高能量儲存而廣受歡迎，但含有易燃液體電解質成分，在過熱時會燃燒。馬里蘭大學的研究人員研究鋰電池如何失效，並開發了一種新技術，可以使下一代電動車(EV)和其他設備不易發生電池火災，同時增加能量儲存。

全固態電池可能會導致汽車比目前的電動或內燃模型更安全，但制定繞過這些缺點的策略非常困難。當這些電池在電動車所需的高容量和充放電速率下運作時，鋰枝晶會向陰極側生長，導致短路和容量衰減。解決方案是獨特的，因為固體電解質和陽極（電子從電路進入電池的地方）以及電解質和陰極（能量流出電池的地方）之間的電池界面穩定。新的電池結構增加了一個富含氟的中間層，可以穩定陰極側，並用鎂和鉍對陽極的中間層進行了改性，進而抑制鋰枝晶。為了實現全固態電池的商業化，專家必須縮小固態電解質層的厚度，以達到與鋰離子電池電解質相似的厚度，這將提高能量密度，即電池可以儲存的電量。團隊表示，基礎材料的高成本是另一個挑戰。
參考資料：New battery technology could lead to safer, high-energy electric vehicles. ScienceDaily, 2023/10/27.

新技術有效加速大規模人工智慧模型的稀疏張量
在大張量中找到非零值並不容易，現有方法通常透過強制稀疏模式來簡化搜尋來限制非零值的位置，但這限制了可以有效處理的稀疏張量的種類。另一個挑戰是張量的不同區域中非零值的數量可能會有所不同。這使得很難確定需要多少空間來儲存記憶體中的不同區域。

麻省理工學院和NVIDIA的研究人員開發了兩種加速稀疏張量處理的技術，稀疏張量是一種用於高效能運算任務的資料結構。這些互補技術可以顯著提高系統的性能和能源效率，例如驅動產生人工智慧的大規模機器學習模型。張量是機器學習模型所使用的資料結構。這兩種新方法都試圖有效地利用張量中所謂的稀疏性（零值）。研究人員的兩種解決方案，分別是首先他們開發了一種技術，允許硬體有效地找到更廣泛的稀疏模式的非零值。而另一種解決方案，是研究人員創建了一種方法，可以處理資料無法放入記憶體的情況，從而提高儲存緩衝區的利用率並減少片外記憶體流量。而這兩種方法都可以提高專門用於加速稀疏張量處理的硬體加速器的性能並降低能源需求。
參考資料：New techniques efficiently accelerate sparse tensors for massive AI models. phys.org, 2023/10/30.

開發10倍儲能的電池
為了滿足全球對電動車不斷增長的需求，我們需要新型和改進的電池。一種全固態鋰硫電池則是解決方案之一。全固態鋰硫電池的儲存能量幾乎是傳統鋰離子電池的10倍。這種充電電池使用硫磺，這是一種價格實惠、容易取得、更環保的材料，而且也更加安全。研究人員確定電池在運作過程中會形成哪些種類的硫，以及會如何降低效能或導致電池失效。有了這些新的見解，便能夠形成新的設計原則，進一步提高電池的性能，包括電池的壽命和它可以儲存的能量。 (1301字；圖1)
參考資料：Developing batteries with 10 times the energy storage. TechXplore, 2023/10/31.


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