固态电池改变世界：崔屹当选美国国家科学院院士

“转变在世界上，同时变得富裕，但主要还是转变在世界上”。他们的主要目标还是蓄急电池行业，不过也在探求基体从新应用，孵化求退职该公司，以提可让更为成本低、更为颇高效的液体和水净化系统。罗巍认为他走的是一条“不寻常”之路，西北太平洋国家研究室金属材料学家王伟的评论者则比较有意思：崔屹的机器人学对于蓄急电池的贡献是“巨大的”。

几十年来，锗谷急电脑芯片的可靠性从前赢取了指数级的提升，间有较之下，蓄急电池应用想要正正迈进则困难得多。现今最好的急电池蓄急电池热比率密度左右为700Wh/L，这大概是上世纪80年代镍-氟化物蓄急电池的五倍。这总成绩虽然不俗，但还算不上突破。在年中，金融业蓄急电池的热比率密度差不多拢了一番。

然而浏览器的需求无法止境，预估到2020年，急电池蓄急电池的销售额可翻倍300亿美元。其中都商用台车蓄急电池的比例将有所增加，无关企业包括杜邦、通用汽台车和本田等等。

如今的商用台车具有太大的发展空间内。以杜邦Model S为例，其70-90千瓦时的蓄急电池铁环600公斤。十来万美元的一台台车，这样旁边蓄急电池的价格就占3万美元。而一次蓄急电池，只能容比率大400公里，远远有过之而无不及现代汽台车。本田Leaf作为入门级小型商用台车则便宜很多，整台车左右2.9万美元。但是其蓄充急电急电池较小，容比率大只有杜邦的1/3。

蓄急电池应用的倡导将助长重要的严重影响。假如蓄急电池热比率密度提颇高一倍，汽台车厂商就可以在依然容比率大不变的情况下，将蓄急电池的大小和成本减为，或者为了让依然蓄急电池不变，使容比率大里程拢倍。崔屹真是：“急电动汽台车的一时期就要来临，”为了已完成这一过渡，“我们须要做得更为好！”

从无到有

很早以前，崔屹就意识到了这一趋势。1998年从东亚科学应用大学本科毕业后，他来到加拿大，在芝加哥大学取得哲学博士，后到亚利桑那州伯克利大学专门从事研究工作研究者。期间，他在研究室专门从事最前沿的基体金属材料的合成工作。当时还始终依然机器人学发展的早期，研究者医护人员还在帮助寻想到可靠的方法以研发他们想要的金属材料，机器人学的应用才刚刚起步。

“最开始，我并无法去俩人热比率，我回事无法做过蓄急电池不足之处的研究者，” 崔屹讲道。在劳伦斯伯克利国家研究室室主任Steven Chu的着迷下，崔屹走上了在此此后巷道。在Steven Chu却是，机器人学为蓄急电池信息技术助长了一个“在此此后抓手”，研究者医护人员将不仅能在大于的宏观下依靠金属材料的所含，还能依靠金属材料中都氧原子的排布，进而握有其中都所顺利已完成的分析化学作用。

来到康奈尔后，崔屹立刻将机器人学和蓄急电池的急电分析化学间有辅间有成起来，开始研究者它们的实际应用。

研究者合作开发团队曾无论如何了多种基体无关应用，以可避免锗制正急电的瓦解，可避免危险的依赖性发生。

非金属可谓现今最理想的正急电金属材料，其颇高导急电性可以巧妙地将急电子传递到元件锆导线中都。但是在放急电过程中都，非金属收集急电池的能力也则真是不上优秀。“搞定”一个急电池需要六个碳氧原子。这种偏弱的后脚力限制了正急电中都可容纳的铍含比率，也就限制了蓄急电池很难存运的热比率多少。

在这不足之处，锗的创造力更为好。每个锗氧原子很难“绑住”四个急电池。也就是真是锗基正急电所存运的热比率是非金属金属材料的10倍之多。几十年来，急电分析微生物学家一直在为此目标而不懈帮助。

依靠锗金属材料研发正急电很简单，问题在于这种正急电无法稳定发挥作用。在蓄急电池过程中都，急电池移入并与锗氧原子间有辅间有成，正急电金属材料将膨胀三倍；而在放急电过程中都，急电池流向，正急电金属材料又迅速快速增长。经过几次这样的折磨，锗正急电都会断裂并就此瓦解为粗短的微粒。正急电，或者真是整个蓄急电池就这么完蛋了。

崔屹认为他很难解决这一问题。芝加哥大学和亚利桑那州伯克利的境遇让他想到，体间有金属材料的物件在基体宏观下常常都会发生变化。首先，基体金属材料颗粒的氧原子比例较其内部更为颇高。同时颗粒氧原子所受间有邻氧原子的束缚更为小，它们在受到心理压力和应力时可以自在地行进。就好比稀薄的塑料比起厚重的铝金属材料可以很易于弯曲且才都会断裂。

2008年，崔屹提出用基体级锗线作为锗正急电，这样可以减缓致使体间有锗正急电瓦解的心理压力和应力。这条思路果然徒劳无功，他和同事将研究者全面性撰写在Nature Nanotechnology，展出了急电池经锗基体流入流向后，基体几乎无法遭到破坏。甚至在经过10轮充放急电循环后，正急电仍具有75%的理论模型运热比率。

遗憾的是，锗基体比体间有锗无法制备，也比较昂贵。于是崔屹与同事开始研究者成本更为低的锗正急电金属材料。首先，他们依靠球形锗基体微粒来制备急电池蓄急电池正急电。尽管这样可能更为便宜，但也引来了第二个问题：随着铍氧原子的出入，基体微粒的松弛和膨胀都会使粘合用的包包开裂。液体一氧化氮都会在微粒间渗透，诱发分析化学作用，在锗基体微粒颗粒成型一个非导急电层，即晶体一氧化氮间有界面膜 (solid-electrolyte interphase, SEI)。这层膜越积越厚，就此都会破坏正急电的粒子收集能力也。崔屹的学生这样形容：“这就像是疤痕组织一样。”

几年后，崔屹合作开发团队又无论如何了另一种机器人学。他们体现了蛋形基体中都微子，将其包上在非常大的锗基体中都微子 (即“黄油”) 周围，这种颇高传导性的碳之包覆可以使急电池受限制地通过。碳壳给锗氧原子提可让了足够的空间内顺利已完成膨胀和松弛，同时必要措施它们免受一氧化氮成型SEI层的困扰。2012年撰写在Nano Letters上的篇名显示，在经过1000次充放急电循环后，崔屹合作开发团队这种黄油壳式 (yolk-shell) 正急电仍具有74%的运急电能力也。

两年此后，他们有了进一步突破，这些黄油壳式的基体微粒被组装成微米级形态，宛如一个微型籽。这种在此此后锗基体球体提颇高了正急电的铍含比率，也减少了一氧化氮中都的依赖性。2014年2月初，崔屹在Nature Nanotechnology撰写了在此此后进展，他们的从新金属材料在经过1000次充放急电循环后，蓄急电池比率仍依然在97%。

今年早些时候，崔屹合作开发团队披露了一个更为加优秀的方案。他们将体间有锗金属材料敲打至微米等级，然后以绝缘体碳层包上。制成的锗微粒比之前的“籽”更为大，这种大小尽管在充放急电后更为易瓦解，但绝缘体的包上很难阻止一氧化氮受伤害到锗金属材料。同时，这很易于依然破碎微粒的受伤害，使其巧妙将粒子传递到锆导线。无关全面性已撰写在Nature Energy上，这种锗微粒缓冲比率更为大，基本单位大小下动力更为强，重要的是其成本也比较较贵。

王伟表示：“他这次的工作真的想到对了方向。”

在这一应用的驱动下，Amprius该公司从前募集了1亿美元，顺利已完成锗正急电急电池蓄急电池的金融业合作开发。这种蓄急电池成本更为低，比率比现代急电池蓄急电池颇高10%。现今他们已在国内火力发急电生产手机蓄急电池，销售比率从前少于100万件。

蓄急电池的未来

除了生产从新蓄急电池之外，崔屹还引用了运能提颇高40%的所设计。用他的话真是，这只是未来优秀锗正急电蓄急电池的开始。

从前，他的注意力从前超越了锗金属材料。其中都一个想法就是纯锆铍的正急电，这一直被视为战将的正急电金属材料，因为它比锗金属材料能存运更为多的热比率，质比率也更为轻。

不过，锆铍正急电也面临着难题。首先，SEI层通常都会在铍正急电周围成型，这是个好消息，因为急电池可以越过这层物质，所以SEI层也就充当了铍正急电的覆盖物。但问题在于，随着蓄急电池充放急电循环，锆铍也像锗微粒那样膨胀松弛，这种不道德都会打破SEI覆盖物。急电池都会在山沟积聚，成型锆“树突”，在正急电中都逐渐转变。就此，都会刺破蓄急电池隔板，使蓄急电池短路并坍塌。

现代途径尚不必解决这个问题。但机器人学似乎能助长办法。在无论如何阻止锆枝晶成型的时候，崔屹合作开发团队通过给正急电加装间有互连接的基体碳球来稳定SEI层；另一种方法则在更为大的黄油壳中都，通过金基体微粒转化急电池，蛋壳则为铍的膨胀和松弛提可让了空间内，从而必要措施了SEI层，锆枝晶也才都会成型。

加以改进正急电只是这场蓄急电池一战中都的一半。崔屹合作开发团队同时还依靠近似于的机器人学来加以改进锂离子金属材料，值得注意是砷金属材料。就像锗之于正急电，砷直到从前也被视为锂离子金属材料的不二之选。每个砷氧原子可以间有辅间有成两个急电池，意味著这使锂离子的运热比率拢了几倍。同样重要的是，砷金属材料显然是便宜。问题在于，砷的导急电能力也一般，而且都会和一氧化氮反应生成危害蓄急电池的亚硝酸盐，可能几次充放急电后蓄急电池就强制执行了。另之外，在放急电过程中都，砷锂离子倾向于囤积粒子，而不是释放它们。

在寻求基体解决办法的时候，崔屹合作开发团队用颇高导急电性的硫化之包覆将砷中都微子包上，这使其蓄急电池比率较现代蓄急电池提颇高了5倍，同时可避免有益于蓄急电池的亚硝酸盐成型。研究者医护人员还自制了砷基版本的“籽”，并将砷固定在又长又细的基体细丝中都。这些倡导不仅提升了蓄急电池比率，还将库伦效率 (蓄急电池放急电可靠性) 从86%提颇高到99%。

崔屹真是：“从前我们在蓄急电池两近乎都持有了从新方法的金属材料。”他期望将来把这两种创从新融合到西南角，将锗正急电和砷锂离子间有辅间有成。如果成功，那一定能研发出颇高比率，低成本，足以转变在世界上的产品线。

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