一個(gè)細(xì)雨綿綿的四月清晨，崔屹開著他的紅色電動(dòng)特斯拉前往硅谷。身為斯坦福大學(xué)的材料學(xué)家，他在六年前創(chuàng)立了Amprius電池公司。未來幾年里，他們將進(jìn)行足以改變世界的關(guān)鍵性革新：“希望我們的電池能夠用在這車?yán)?。?/P>

　　崔屹和他的公司希望將今天流行的鋰離子電池推向新的高度。目前，松下、三星、LG化學(xué)、蘋果以及特斯拉等知名企業(yè)都在努力將電池微型化，輕量化，并提升其容量。盡管強(qiáng)者如云，崔屹仍然保持著強(qiáng)勁的勢(shì)頭。

　　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(shí)不會(huì)引起不利的副反應(yīng)。

　　馬里蘭大學(xué)的材料和電池專家羅巍這樣評(píng)價(jià)：“他 （崔屹） 正在利用納米技術(shù)的革新來操控化學(xué)?！?/P>

　　電池的市場(chǎng)

　　在一系列演示實(shí)驗(yàn)中，崔屹展示出其特有架構(gòu)的電極能夠“主宰”電池的化學(xué)反應(yīng)。其中鋰離子電池電極中的標(biāo)準(zhǔn)石墨由硅取代；采用裸金屬鋰作為電極材料；在鋰-硫化學(xué)基礎(chǔ)上，將提供比鋰離子電池更為強(qiáng)大的能量。他正在探索的納米架構(gòu)包括硅制納米線，這在膨脹和收縮時(shí)能夠相應(yīng)地吸收和釋放鋰離子，其微小的蛋形結(jié)構(gòu)具有碳?xì)?，可保護(hù)其中富含鋰離子的硅顆?！暗包S”。

　　Amprius公司已經(jīng)開始供應(yīng)配備硅電極的手機(jī)電池，這比市場(chǎng)上最好的傳統(tǒng)鋰離子電池儲(chǔ)能多出10%。另一款正在開發(fā)中的原型產(chǎn)品更為優(yōu)秀，甚至可以多存儲(chǔ)40%的能量。目前為止，崔屹的公司還尚未給電動(dòng)汽車提供電池。如果崔屹正在研發(fā)的技術(shù)有朝一日能夠獲得成功，那么他們制造的汽車電池將比現(xiàn)在頂尖產(chǎn)品性能高出10倍。這將為汽車行業(yè)帶來一次革命，因?yàn)閮r(jià)格低廉的電動(dòng)汽車將能夠行駛和傳統(tǒng)耗油汽車一樣的距離，從而大幅度降低全球碳排放。

　　崔屹說，當(dāng)他剛開始從事研究時(shí)，想要“改變世界，同時(shí)變得富裕，但主要還是改變世界”。他們的主要目標(biāo)還是電池行業(yè)，不過也在探索納米新技術(shù)，孵化創(chuàng)業(yè)公司，以提供更廉價(jià)、更高效的空氣和水凈化系統(tǒng)。羅巍認(rèn)為他走的是一條“不尋?！敝罚鞅碧窖髧覍?shí)驗(yàn)室材料學(xué)家劉俊的評(píng)價(jià)則更為直截了當(dāng)：崔屹的納米技術(shù)對(duì)于電池的貢獻(xiàn)是“巨大的”。

　　幾十年來，硅谷電腦芯片的性能已經(jīng)獲得了指數(shù)級(jí)的提升，相比之下，電池技術(shù)想要大步邁進(jìn)則困難得多。目前最好的鋰離子電池能量密度約為700Wh/L，這大概是上世紀(jì)80年代鎳-鎘電池的五倍。這成績雖然不俗，但還算不上突破。在近十年，商業(yè)電池的能量密度差不多翻了一番。

　　然而用戶的需求沒有止境，預(yù)計(jì)到2020年，鋰離子電池的市場(chǎng)份額可達(dá)到300億美元。其中電動(dòng)車電池的比例將有所增加，相關(guān)企業(yè)包括特斯拉、通用汽車和日產(chǎn)等等。

　　今天的電動(dòng)車具有很大的發(fā)展空間。以特斯拉Model s為例，其70-90千瓦時(shí)的電池重達(dá)600公斤。十來萬美元的一臺(tái)車，這樣一塊電池的價(jià)格就占3萬美元。而一次充電，只能續(xù)航400公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上傳統(tǒng)汽車。日產(chǎn)Leaf作為入門級(jí)小型電動(dòng)車則便宜很多，整車約2.9萬美元。但是其電池組較小，續(xù)航只有特斯拉的1/3。

　　電池技術(shù)的革新將帶來重要的影響。假如電池能量密度提高一倍，汽車廠商就可以在保持續(xù)航不變的情況下，將電池的體積和成本減半，或者選擇保持電池不變，使續(xù)航里程翻倍。崔屹說：“電動(dòng)汽車的時(shí)代就要來臨，”為了完成這一過渡，“我們必須做得更好！”

　　從無到有

　　很早以前，崔屹就意識(shí)到了這一趨勢(shì)。1998年從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)后，他來到美國，在哈佛大學(xué)取得博士學(xué)位，后到加州伯克利大學(xué)從事博士后研究。期間，他在實(shí)驗(yàn)室從事最前沿的納米材料的合成工作。當(dāng)時(shí)還處于納米技術(shù)發(fā)展的早期，研究人員還在努力尋找可靠的方法以制造他們想要的材料，納米技術(shù)的應(yīng)用才剛剛起步。

　　“最開始，我并沒有去琢磨能量，我從來沒有做過電池方面的研究，” 崔屹講道。在勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室主任Steven Chu的啟發(fā)下，崔屹走上了新的道路。在Steven Chu看來，納米技術(shù)為電池領(lǐng)域帶來了一個(gè)“新的抓手”，研究人員將不僅能在最小的尺度下控制材料的化學(xué)成分，還能控制材料中原子的排布，進(jìn)而掌握其中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。

　　來到斯坦福后，崔屹很快將納米技術(shù)和電池的電化學(xué)結(jié)合起來，開始研究它們的實(shí)際應(yīng)用。

　　研究團(tuán)隊(duì)曾嘗試了多種納米相關(guān)技術(shù)，以防止硅制負(fù)極的瓦解，防止致命的副反應(yīng)發(fā)生。

　　石墨可謂現(xiàn)今最理想的負(fù)極材料，其高導(dǎo)電性可以輕松地將電子傳遞到電路金屬導(dǎo)線中。但是在放電過程中，石墨收集鋰離子的能力則說不上優(yōu)秀?！案愣ā币粋€(gè)鋰離子需要六個(gè)碳原子。這種偏弱的抓握力限制了電極中可容納的鋰含量，也就限制了電池能夠存儲(chǔ)的能量多少。

　　在這方面，硅的潛力更好。每個(gè)硅原子能夠“綁住”四個(gè)鋰離子。也就是說硅基負(fù)極所存儲(chǔ)的能量是石墨材料的10倍之多。幾十年來，電化學(xué)家一直在為此目標(biāo)而不懈努力。

　　利用硅材料制造負(fù)極很簡(jiǎn)單，問題在于這種負(fù)極無法穩(wěn)定存在。在充電過程中，鋰離子涌入并與硅原子結(jié)合，負(fù)極材料將膨脹三倍；而在放電過程中，鋰離子流出，負(fù)極材料又迅速萎縮。經(jīng)過幾次這樣的折磨，硅電極會(huì)斷裂并最終瓦解為細(xì)小的顆粒。負(fù)極，或者說整個(gè)電池就這么完蛋了。

　　崔屹認(rèn)為他能夠解決這一問題。哈佛大學(xué)和加州伯克利的經(jīng)歷讓他明白，體相材料的屬性在納米尺度下常常會(huì)發(fā)生變化。首先，納米材料表面的原子比例較其內(nèi)部更高。同時(shí)表面原子所受相鄰原子的束縛更小，它們?cè)谑艿綁毫蛻?yīng)力時(shí)可以自如地移動(dòng)。就好比稀薄的鋁箔比起厚實(shí)的鋁材料可以很容易彎曲且不會(huì)斷裂。