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【原創】崔屹:鋰電池+納米技術=能源奇跡


來源:中國粉體網   粉體人

[導讀]  崔屹主要研究集中在納米材料的設計,合成和性能研究以及應用于能源存儲、太陽能電池、催化、水和空氣凈化、二維層狀材料、拓撲絕緣體、納米生物學等。而論其最突出的貢獻,不得不提的是他將納米技術與鋰電池進行了完美的結合。

中國粉體網訊  崔屹,1998年在中國科學技術大學獲理學學士學位;2002年在哈佛大學獲得博士學位;2003年-2005年在加州大學伯克利分校從事博士后研究;目前就職于斯坦福大學材料系,同時任納米材料期刊Nano Lett.副主編以及美國灣區太陽能光伏聯盟(BayArea Photovoltaics Consortium)主任,先后在世界頂級期刊發表高水平論文300余篇,其創新性的研究成果和發明引起了工業界的高度關注。


崔屹主要研究集中在納米材料的設計,合成和性能研究以及應用于能源存儲、太陽能電池、催化、水和空氣凈化、二維層狀材料、拓撲絕緣體、納米生物學等。而論其最突出的貢獻,不得不提的是他將納米技術與鋰電池進行了完美的結合。


鋰電池+納米技術=能源奇跡


在電池行業中,很多人都在關注電極或者電解質的化學成分,而崔屹另辟蹊徑,將電池化學和納米技術結合到了一起。目前他在創造結構復雜的的電池電極,與標準電極相比,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。


然而,一個在電池研究領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,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,產生了很重要的作用。”


2008年,崔屹提出用納米級硅線作為硅負極,這樣可以減緩導致體相硅負極瓦解的壓力和應力。這條思路果然奏效,在經過10輪充放電循環后,負極仍具有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,崔屹團隊又嘗試了另一種納米技術。他們創造了蛋形納米粒子,將其包裹在微小的硅納米粒子(即“蛋黃”)周圍,這種高傳導性的碳外殼可以使鋰離子自由地通過。



而在2016年,崔屹團隊公布了一個更加優秀的方案。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,重要的是其成本也更為低廉。


改進負極只是崔屹團隊對于電池行業貢獻的一半,他們同時還利用相似的納米技術來改進正極材料,特別是硫材料。用高導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電池提高了5倍,同時防止有害于電池的副產物形成。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%。


多領域交叉+勤奮=創新


崔屹告訴我們:“把自己的領域和新領域結合起來是創新的重要源泉。你要創造新東西的時候,往往會發現不知道怎么辦。所以要學新的知識,新的學科,了解新的領域,不斷地學。”


“創造發明的能力就是這么不斷積累起來的,當你的知識面廣了,懂的東西多了,涉及的領域寬泛了,相互一交叉,新點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框架構建用于高電流密度的金屬鋰電池負極



文獻鏈接: 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電固體基質中制備出的三維穩定的鋰金屬負極



文獻鏈接: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定硅負極材料



文獻鏈接: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、高能鋰硫電池的設計



文獻鏈接: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,崔屹認為,對于自己而言,是堅實的科研基礎、學科交叉的優勢、專注的能力、持續學習成長的能力,以及斯坦福的自由之風,共同成就了自己。崔屹并不把人生成功的主要因素歸結于智商因素,因為有無數天資聰穎的人最終碌碌無為!



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