Science:崔屹的纳米电池，即将改变世界

　　崔屹和他的公司希望将今天流行的锂离子电池推向新的高度。目前，松下、三星、LG化学、苹果以及特斯拉等知名企业都在努力将电池微型化，轻量化，并提升其容量。尽管强者如云，崔屹仍然保持着强劲的势头。

　　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。

　　马里兰大学的材料和电池专家罗巍这样评价：“他 (崔屹) 正在利用纳米技术的革新来操控化学。”

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　　"我想改变世界，同时想变富，但主要任务是改变世界。"——崔屹，斯坦福大学

　　电池的市场

　　在一系列演示实验中，崔屹展示出其特有架构的电极能够“主宰”电池的化学反应。其中锂离子电池电极中的标准石墨由硅取代;采用裸金属锂作为电极材料;在锂-硫化学基础上，将提供比锂离子电池更为强大的能量。他正在探索的纳米架构包括硅制纳米线，这在膨胀和收缩时能够相应地吸收和释放锂离子，其微小的蛋形结构具有碳壳，可保护其中富含锂离子的硅颗粒“蛋黄”。

　　Amprius公司已经开始供应配备硅电极的手机电池，这比市场上最好的传统锂离子电池储能多出10%。另一款正在开发中的原型产品更为优秀，甚至可以多存储40%的能量。目前为止，崔屹的公司还尚未给电动汽车提供电池。如果崔屹正在研发的技术有朝一日能够获得成功，那么他们制造的汽车电池将比现在顶尖产品性能高出10倍。这将为汽车行业带来一次革命，因为价格低廉的电动汽车将能够行驶和传统耗油汽车一样的距离，从而大幅度降低全球碳排放。

　　崔屹说，当他刚开始从事研究时，想要“改变世界，同时变得富裕，但主要还是改变世界”。他们的主要目标还是电池行业，不过也在探索纳米新技术，孵化创业公司，以提供更廉价、更高效的空气和水净化系统。罗巍认为他走的是一条“不寻常”之路，西北太平洋国家实验室材料学家刘俊的评价则更为直截了当：崔屹的纳米技术对于电池的贡献是“巨大的”。

　　几十年来，硅谷电脑芯片的性能已经获得了指数级的提升，相比之下，电池技术想要大步迈进则困难得多。目前最好的锂离子电池能量密度约为700Wh/L，这大概是上世纪80年代镍-镉电池的五倍。这成绩虽然不俗，但还算不上突破。在近十年，商业电池的能量密度差不多翻了一番。

　　然而用户的需求没有止境，预计到2020年，锂离子电池的市场份额可达到300亿美元。其中电动车电池的比例将有所增加，相关企业包括特斯拉、通用汽车和日产等等。

　　今天的电动车具有很大的发展空间。以特斯拉Model S为例，其70-90千瓦时的电池重达600公斤。十来万美元的一台车，这样一块电池的价格就占3万美元。而一次充电，只能续航400公里，远远比不上传统汽车。日产Leaf作为入门级小型电动车则便宜很多，整车约2.9万美元。但是其电池组较小，续航只有特斯拉的1/3。

　　电池技术的革新将带来重要的影响。假如电池能量密度提高一倍，汽车厂商就可以在保持续航不变的情况下，将电池的体积和成本减半，或者选择保持电池不变，使续航里程翻倍。崔屹说：“电动汽车的时代就要来临，”为了完成这一过渡，“我们必须做得更好!”

　　从无到有

　　很早以前，崔屹就意识到了这一趋势。1998年从中国科学技术大学本科毕业后，他来到美国，在哈佛大学取得博士学位，后到加州伯克利大学从事博士后研究。期间，他在实验室从事最前沿的纳米材料的合成工作。当时还处于纳米技术发展的早期，研究人员还在努力寻找可靠的方法以制造他们想要的材料，纳米技术的应用才刚刚起步。

　　“最开始，我并没有去琢磨能量，我从来没有做过电池方面的研究，” 崔屹讲道。在劳伦斯伯克利国家实验室主任Steven Chu的启发下，崔屹走上了新的道路。在Steven Chu看来，纳米技术为电池领域带来了一个“新的抓手”，研究人员将不仅能在最小的尺度下控制材料的化学成分，还能控制材料中原子的排布，进而掌握其中所进行的化学反应。

　　来到斯坦福后，崔屹很快将纳米技术和电池的电化学结合起来，开始研究它们的实际应用。

　　研究团队曾尝试了多种纳米相关技术，以防止硅制负极的瓦解，防止致命的副反应发生。

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