最近，斯坦福大學崔屹教授課題組，研究了一種新型褶皺石墨烯籠載體（WGC）用于金屬鋰負極，WGC提供優(yōu)異的機械強度，具有更高的離子電導率和質(zhì)量更好的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）。

使用冷凍電鏡表征發(fā)現(xiàn)，石墨烯籠載體表面均勻穩(wěn)定的SEI界面可以防止金屬鋰與電解液直接接觸。在0.5mA/cm2電流中，在碳酸酯電解液從1-10mAh/cm2容量區(qū)間中表現(xiàn)出了高達98.0%的庫倫效率，并且使用預先存儲鋰的WGC電極與磷酸鐵鋰配對后，大大改善了電池的循環(huán)壽命。相關研究成以“WrinkledgraphenecagesashostsforhighcapacityLimetalanodesshownbycryogenicelectronmicroscopy”為題發(fā)表在NanoLett.上。

提起崔屹，在納米學術界幾乎無人不知。崔屹是頂級學術期刊的常客，現(xiàn)為美國斯坦福大學材料科學與工程系終身教授，主要從事納米材料在能源、光伏、拓撲絕緣材料、生物和環(huán)境領域的研究工作。目前崔屹已培養(yǎng)近60位博士和博士后，在世界范圍培養(yǎng)了40多位教授。

崔屹是美國材料學會會士、美國電化學會會士、英國皇家化學學會會士，世界知名科學期刊《納米快訊》副主編。已發(fā)表論文400多篇，包含《Science》《Nature》等全球頂級雜志，被引用超過12萬次，H因子為164，授權國際專利40余件。

著名華人科學家用新型石墨烯材料作為鋰負極載體大大改善了電池循環(huán)壽命

1976年，崔屹出生于廣西省來賓市。父母都是教師，自小學習成績優(yōu)異。

1993年，年僅17歲的崔屹從來賓市第二中學畢業(yè)，考入中國科技大學化學系。

1998年本科畢業(yè)后，他順利通過托?？荚?，獲得了美國哈佛大學全額獎學金及化學材料碩博連讀資格，師從材料科學家查爾斯·理博教授（CharlesM.Lieber），研究課題為納米技術，包括合成半導體納米線和納米傳感器的應用。

2001年，崔屹獲得美國材料研究學會金獎博士研究生稱號。2002年，提前獲得哈佛大學博士學位，同年獲得美國納米科技杰出青年科學家獎。

2002年，在加州大學伯克利分校繼續(xù)攻讀博士后，與保羅·阿里維薩托教授（PaulAlivisatos）共同工作，主要研究領域為電子和裝配使用交替納米晶。

2003年獲美國“米勒”青年科學家獎，被評為美國“十大杰出青年科學家”。2004年，入選《麻省理工科技評論》評選的世界頂尖100名青年發(fā)明家。

2005年，進入斯坦福大學材料科學與工程系任教，先后擔任助理教授、副教授、教授，2010年獲終身教職。

2014年，美國湯森路透（ThomsonReuters）集團在線公布了全球材料科學領域“高被引科學家(Highly-CitedResearchers)”名單，崔屹排名第一，被譽為“世界最具影響力的科學頭腦”。

2017年6月，剛過40歲的崔屹獲得布拉瓦尼克青年科學大獎之物質(zhì)科學與工程技術獎。布拉瓦尼克青年科學家獎旨在表彰美國最杰出的青年科學家，只接受美國頂級研究院所和實驗室提名。

著名華人科學家用新型石墨烯材料作為鋰負極載體大大改善了電池循環(huán)壽命

2017年冷凍電鏡促成了3位科學家獲得了諾貝爾化學獎，受此啟發(fā)，崔屹開始將冷凍電鏡用于電池研究。他想借此的看到第一個答案便是，金屬鋰的枝晶和界面膜在原子層面到底是什么樣的。

鋰的枝晶與鋰電池的安全緊密相關，充電的時候如果控制得不好，金屬鋰的枝晶會長出來，像一棵樹長出樹枝，枝晶會捅破電池正負極之間的隔膜，造成短路，甚至引發(fā)爆炸。

固體電解質(zhì)界面膜（SEI）是負極材料和電解液接觸后生成的反應物，厚度約為50個納米左右。這層膜影響著電池的穩(wěn)定性，決定著循環(huán)使用壽命到底是1000次還是10000次。

如果能看清金屬鋰枝晶的原子層面，知道界面膜的結(jié)構(gòu)，就能進一步解決以金屬鋰為負極材料的鋰電池的安全問題，并使其壽命更長。

但這個問題一直困擾學界半個世紀之久。金屬鋰的熔點低，使用電子顯微鏡觀察時，電子束會將它融化，“打出一個洞”，就會破壞了原本的結(jié)構(gòu)。直到冷凍電鏡的應用，終于解決了這個問題。

由于鋰電池的最高理論容量（3860mAh/g）和最低電極電位（相對于標準氫電極為-3.04V）,長期以來被認為是電池負極的“圣杯”。崔屹也一直視金屬鋰為一種未來的電池負極材料，因為金屬鋰的能量密度高，如果解決了安全性等問題，可以將現(xiàn)在電動車電池的儲能翻倍。

然而，在充放電過程中，鋰金屬高化學反應性和大體積波動而導致低庫倫效率和低安全性，由于鋰金屬的無主體特性，在循環(huán)過程中體積膨脹導致固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）破裂。盡管已經(jīng)采取了一些有效的策略，這些方法未能解決鋰金屬的無主體性質(zhì)，這意味著鋰金屬沉積和剝離過程中沒有任何物理限制。

近期，學術界引入了鋰金屬的人造“主體”的想法，這些結(jié)構(gòu)能夠減少循環(huán)期間的電極體積變化和局部電流密度，從而使充-放電期間的過電勢更低，并且SEI更穩(wěn)定，但還是面臨著“主體”結(jié)構(gòu)的無定型導致機械性能差，阻抗更高和難以承載高于2mAh/cm2容量等限制。因此，研究能夠既能提高庫倫效率，又能承載更高載量的主體結(jié)構(gòu)，代表著一個非常重要的方向。

崔屹課題組研究出了這種新型褶皺石墨烯籠載體用于金屬鋰負極，在低面積容量下，鋰金屬優(yōu)先沉積在石墨烯籠內(nèi)，隨著容量的增加，鋰金屬致密且均勻地沉積在石墨烯籠之間的外部孔隙中，沒有枝晶生長或體積變化。石墨烯籠載體提供優(yōu)異的機械強度，并具有更高的離子電導率和質(zhì)量更好的固態(tài)電解質(zhì)界面，可以防止金屬鋰與電解液的直接接觸。在0.5mA/cm2電流中，在商品化碳酸酯電解液從1-10mAh/cm2容量區(qū)間中表現(xiàn)出了高達98.0%的庫倫效率，在使用預先存儲鋰的石墨烯籠載體電極與磷酸鐵鋰配對后，電池循環(huán)壽命大大改善。

崔屹認為目前鋰離子電池的主流正極是鈷酸鋰、磷酸鐵鋰或三元材料，負極材料主要是石墨，但其能量密度是有限，最多約為300Wh/kg。接下來發(fā)展第一步是將硅取代石墨作為負極材料，可將能量密度提升至400Wh/kg；第二步，負極材料從硅換為金屬鋰，能量密度可達到500Wh/kg；第三步，正極材料改為硫，負極材料為金屬鋰，電池能量密度可達到600Wh/kg。

崔屹表示，能量密度達到500Wh/kg時，特斯拉一次充電可以開800到1000公里，比燒油的車跑得還遠。