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崔屹:锂电池+纳米技术=能源奇迹


来源:中国粉体网   粉体人

[导读]  崔屹主要研究集中在纳米材料的设计,合成和性能研究以及应用于能源存储、太阳能电池、催化、水和空气净化、二维层状材料、拓扑绝缘体、纳米生物学等。而论其最突出的贡献,不得不提的是他将纳米技术与锂电池进行了完美的结合。

中国粉体网讯  崔屹,1998年在中国科学技术大学获理学学士学位;2002年在哈佛大学获得博士学位;2003年-2005年在加州大学伯克利分校从事博士后研究;目前就职于斯坦福大学材料系,同时任纳米材料期刊Nano Lett.副主编以及美国湾区太阳能光伏联盟(BayArea Photovoltaics Consortium)主任,先后在世界顶级期刊发表高水平论文300余篇,其创新性的研究成果和发明引起了工业界的高度关注。


崔屹主要研究集中在纳米材料的设计,合成和性能研究以及应用于能源存储、太阳能电池、催化、水和空气净化、二维层状材料、拓扑绝缘体、纳米生物学等。而论其最突出的贡献,不得不提的是他将纳米技术与锂电池进行了完美的结合。


锂电池+纳米技术=能源奇迹


在电池行业中,很多人都在关注电极或者电解质的化学成分,而崔屹另辟蹊径,将电池化学和纳米技术结合到了一起。目前他在创造结构复杂的的电池电极,与标准电极相比,能够更多、更快地吸收和释放带电离子,同时不会引起不利的副反应。


然而,一个在电池研究领域拥有卓越成就的他,一开始涉及的却是是有效净化空气和水的系统,崔屹说道:“刚到斯坦福的时候,我是研究纳米的,从没有研究过电池。我当时想,电池很重要,就从零开始研究电池,虽然那时候全世界可能还没有看到电池的重要性。但是我纳米研究的背景,对解决锂电池这个大问题,产生了很重要的作用。”


2008年,崔屹提出用纳米级硅线作为硅负极,这样可以减缓导致体相硅负极瓦解的压力和应力。这条思路果然奏效,在经过10轮充放电循环后,负极仍具有75%的理论储能量。



遗憾的是,硅纳米线比体相硅难以制备,也更为昂贵。2012年,崔屹团队又尝试了另一种纳米技术。他们创造了蛋形纳米粒子,将其包裹在微小的硅纳米粒子(即“蛋黄”)周围,这种高传导性的碳外壳可以使锂离子自由地通过。



而在2016年,崔屹团队公布了一个更加优秀的方案。他们将体相硅材料敲打至微米级别,然后以石墨烯碳层包裹。这种硅颗粒填充量更大,单位体积下动力更强,重要的是其成本也更为低廉。


改进负极只是崔屹团队对于电池行业贡献的一半,他们同时还利用相似的纳米技术来改进正极材料,特别是硫材料。用高导电性的二氧化钛外壳将硫粒子包裹,这使其电池容量较传统电池提高了5倍,同时防止有害于电池的副产物形成。这些革新不仅提升了电池容量,还将库伦效率(电池放电性能)从86%提高到99%。


多领域交叉+勤奋=创新


崔屹告诉我们:“把自己的领域和新领域结合起来是创新的重要源泉。你要创造新东西的时候,往往会发现不知道怎么办。所以要学新的知识,新的学科,了解新的领域,不断地学。”


“创造发明的能力就是这么不断积累起来的,当你的知识面广了,懂的东西多了,涉及的领域宽泛了,相互一交叉,新点子的灵感就越来越多,越来越容易。”


崔屹与锂电池的“故事”


1、过锂化介孔AlF-3框架构建用于高电流密度的金属锂电池负极



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


2、一种将纳米锂金属嵌入离子型导电固体基质中制备出的三维稳定的锂金属负极



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


3、石墨烯笼包裹可以稳定硅负极材料



文献链接: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、高能锂硫电池的设计



文献链接:Designing high-energy lithium–sulfur batteries(Chem. Soc. Rev.,2016,DOI: 10.1039/C5CS00410A)

……


四十岁的崔屹,可以说是成功的,崔屹认为,对于自己而言,是坚实的科研基础、学科交叉的优势、专注的能力、持续学习成长的能力,以及斯坦福的自由之风,共同成就了自己。崔屹并不把人生成功的主要因素归结于智商因素,因为有无数天资聪颖的人最终碌碌无为!



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