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【原創(chuàng)】崔屹:鋰電池+納米技術(shù)=能源奇跡


來源:中國粉體網(wǎng)   粉體人

[導(dǎo)讀]  崔屹主要研究集中在納米材料的設(shè)計(jì),合成和性能研究以及應(yīng)用于能源存儲、太陽能電池、催化、水和空氣凈化、二維層狀材料、拓?fù)浣^緣體、納米生物學(xué)等。而論其最突出的貢獻(xiàn),不得不提的是他將納米技術(shù)與鋰電池進(jìn)行了完美的結(jié)合。

中國粉體網(wǎng)訊  崔屹,1998年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位;2002年在哈佛大學(xué)獲得博士學(xué)位;2003年-2005年在加州大學(xué)伯克利分校從事博士后研究;目前就職于斯坦福大學(xué)材料系,同時任納米材料期刊Nano Lett.副主編以及美國灣區(qū)太陽能光伏聯(lián)盟(BayArea Photovoltaics Consortium)主任,先后在世界頂級期刊發(fā)表高水平論文300余篇,其創(chuàng)新性的研究成果和發(fā)明引起了工業(yè)界的高度關(guān)注。


崔屹主要研究集中在納米材料的設(shè)計(jì),合成和性能研究以及應(yīng)用于能源存儲、太陽能電池、催化、水和空氣凈化、二維層狀材料、拓?fù)浣^緣體、納米生物學(xué)等。而論其最突出的貢獻(xiàn),不得不提的是他將納米技術(shù)與鋰電池進(jìn)行了完美的結(jié)合。


鋰電池+納米技術(shù)=能源奇跡


在電池行業(yè)中,很多人都在關(guān)注電極或者電解質(zhì)的化學(xué)成分,而崔屹另辟蹊徑,將電池化學(xué)和納米技術(shù)結(jié)合到了一起。目前他在創(chuàng)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的的電池電極,與標(biāo)準(zhǔn)電極相比,能夠更多、更快地吸收和釋放帶電離子,同時不會引起不利的副反應(yīng)。


然而,一個在電池研究領(lǐng)域擁有卓越成就的他,一開始涉及的卻是是有效凈化空氣和水的系統(tǒng),崔屹說道:“剛到斯坦福的時候,我是研究納米的,從沒有研究過電池。我當(dāng)時想,電池很重要,就從零開始研究電池,雖然那時候全世界可能還沒有看到電池的重要性。但是我納米研究的背景,對解決鋰電池這個大問題,產(chǎn)生了很重要的作用。”


2008年,崔屹提出用納米級硅線作為硅負(fù)極,這樣可以減緩導(dǎo)致體相硅負(fù)極瓦解的壓力和應(yīng)力。這條思路果然奏效,在經(jīng)過10輪充放電循環(huán)后,負(fù)極仍具有75%的理論儲能量。



遺憾的是,硅納米線比體相硅難以制備,也更為昂貴。2012年,崔屹團(tuán)隊(duì)又嘗試了另一種納米技術(shù)。他們創(chuàng)造了蛋形納米粒子,將其包裹在微小的硅納米粒子(即“蛋黃”)周圍,這種高傳導(dǎo)性的碳外殼可以使鋰離子自由地通過。



而在2016年,崔屹團(tuán)隊(duì)公布了一個更加優(yōu)秀的方案。他們將體相硅材料敲打至微米級別,然后以石墨烯碳層包裹。這種硅顆粒填充量更大,單位體積下動力更強(qiáng),重要的是其成本也更為低廉。


改進(jìn)負(fù)極只是崔屹團(tuán)隊(duì)對于電池行業(yè)貢獻(xiàn)的一半,他們同時還利用相似的納米技術(shù)來改進(jìn)正極材料,特別是硫材料。用高導(dǎo)電性的二氧化鈦外殼將硫粒子包裹,這使其電池容量較傳統(tǒng)電池提高了5倍,同時防止有害于電池的副產(chǎn)物形成。這些革新不僅提升了電池容量,還將庫倫效率(電池放電性能)從86%提高到99%。


多領(lǐng)域交叉+勤奮=創(chuàng)新


崔屹告訴我們:“把自己的領(lǐng)域和新領(lǐng)域結(jié)合起來是創(chuàng)新的重要源泉。你要創(chuàng)造新東西的時候,往往會發(fā)現(xiàn)不知道怎么辦。所以要學(xué)新的知識,新的學(xué)科,了解新的領(lǐng)域,不斷地學(xué)。”


“創(chuàng)造發(fā)明的能力就是這么不斷積累起來的,當(dāng)你的知識面廣了,懂的東西多了,涉及的領(lǐng)域?qū)挿毫耍嗷ヒ唤徊妫曼c(diǎn)子的靈感就越來越多,越來越容易。”


崔屹與鋰電池的“故事”


1、過鋰化介孔AlF-3框架構(gòu)建用于高電流密度的金屬鋰電池負(fù)極



文獻(xiàn)鏈接: Ultrahigh–current density anodes with interconnected Li metal reservoir through overlithiation of mesoporous AlF3 framework(Science Advances: 10.1126/sciadv.1701301)


2、一種將納米鋰金屬嵌入離子型導(dǎo)電固體基質(zhì)中制備出的三維穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極



文獻(xiàn)鏈接:Three-dimensional stable lithium metal anode with nanoscale lithium islands embedded in ionically conductive solid matrix (PNAS, 2017, DOI:10.1073/pnas.1619489114)。


3、石墨烯籠包裹可以穩(wěn)定硅負(fù)極材料



文獻(xiàn)鏈接:Yuzhang Li, Yi Cui et al. Growth of conformal graphene cages on micrometre-sized silicon particles as stable battery anodes. Nature Energy 2016, 1.


4、高能鋰硫電池的設(shè)計(jì)



文獻(xiàn)鏈接:Designing high-energy lithium–sulfur batteries(Chem. Soc. Rev.,2016,DOI: 10.1039/C5CS00410A)

……


四十歲的崔屹,可以說是成功的,崔屹認(rèn)為,對于自己而言,是堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ)、學(xué)科交叉的優(yōu)勢、專注的能力、持續(xù)學(xué)習(xí)成長的能力,以及斯坦福的自由之風(fēng),共同成就了自己。崔屹并不把人生成功的主要因素歸結(jié)于智商因素,因?yàn)橛袩o數(shù)天資聰穎的人最終碌碌無為!



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