鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1740次 | 2019年01月11日
崔屹：電池的“三步走”思路
41歲美國(guó)斯坦福大學(xué)教授崔屹用來(lái)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的尺度極其微?。杭{米。一根直徑0.05毫米的頭發(fā)，軸向平均剖成5萬(wàn)份，每份的厚度才是1納米。
極小的尺度卻成為突破技術(shù)難題的窗口：高能量密度的硅負(fù)極電池、能過(guò)濾99%PM2.5又透氣的口罩、能透紅外線從而快速散熱的智能布料，這些無(wú)一不是崔屹通過(guò)納米技術(shù)發(fā)明的。
諸如此類的發(fā)明不僅讓出生于廣西來(lái)賓的崔屹成為頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊的常客，獲得布拉瓦尼克青年科學(xué)家獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，還屢登《科學(xué)美國(guó)人》評(píng)選的年度“十大創(chuàng)新技術(shù)”，促成了安普瑞斯（Amprius）、4CAir兩家科技公司的誕生。
近日，崔屹接受了澎湃新聞（www.thepaper.cn）的專訪。回憶起約20年前，從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)，輾轉(zhuǎn)到哈佛大學(xué)讀博士，第一次接觸納米技術(shù)，崔屹說(shuō)，當(dāng)時(shí)“也不是很知道納米能干什么，只是覺(jué)得這個(gè)領(lǐng)域有前途”。
崔屹能感覺(jué)到，從納米的視角看出去，世界變得更神奇了。堅(jiān)硬的材料做成納米纖維，會(huì)變成可以彎曲而不會(huì)折斷的條塊；日?？雌饋?lái)黃金是金色，但到了納米尺度，它在溶液中呈現(xiàn)紅色；原本是惰性的材料在納米尺度上，可能變得異?！盎钴S”，容易燃燒。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2005年，崔屹開(kāi)始在斯坦福大學(xué)任教，著手將納米技術(shù)用于電池的研究?；仡^去看，有些驚訝的是，崔屹當(dāng)時(shí)的想法沒(méi)有得到很多人的支持。納米+電池？同行認(rèn)為挑戰(zhàn)太大。一來(lái)納米材料的比表面積大，加重電解反應(yīng)，會(huì)增加副作用，二來(lái)納米材料如何有序堆積的問(wèn)題尚未得到解決。“新的想法進(jìn)來(lái)，受質(zhì)疑是很經(jīng)常的?！贝抟僬f(shuō)。
最終，崔屹把這個(gè)他開(kāi)創(chuàng)的研究領(lǐng)域堅(jiān)持了下來(lái)，一一解決了技術(shù)上的難題?，F(xiàn)在，他思考的是，如何從工藝上，把納米材料的價(jià)格降下來(lái)，讓更多人用得上。
創(chuàng)辦公司，把自己的技術(shù)轉(zhuǎn)化成商品，這個(gè)想法自然而然地產(chǎn)生在崔屹腦海中。更何況，他就身在硅谷?！拔沂菑牟欢_(kāi)公司，到一邊開(kāi)一邊學(xué)的。”崔屹說(shuō)。2008年，專攻新型電池的安普瑞斯成立。2015年，生產(chǎn)新型口罩的4CAir成立。目前，他在籌劃一個(gè)新的商業(yè)模式的第三個(gè)高科技公司。
問(wèn)及中美在對(duì)待科學(xué)家創(chuàng)業(yè)上的區(qū)別時(shí)，崔屹回答：“細(xì)節(jié)上，比如股份分配的靈活度上有很大區(qū)別。價(jià)值觀上，是不是教授創(chuàng)業(yè)就不務(wù)正業(yè)？這要有所改變?！?/p>
電池的“三步走”
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
就在接受澎湃新聞專訪的前一天，崔屹和諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主朱棣文合作的一篇論文剛在美國(guó)的《科學(xué)》雜志上發(fā)表。這是一次看起來(lái)跨界的研究——用冷凍電鏡觀察原子級(jí)金屬鋰的枝晶和固體電解質(zhì)界面膜（SEI）的納米結(jié)構(gòu)。
冷凍電鏡促成了3位科學(xué)家獲得今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家的得力助手。2016年，受到生物學(xué)家的啟發(fā)，崔屹開(kāi)始將冷凍電鏡用于電池研究。第一個(gè)他想借此回答的問(wèn)題便是，金屬鋰的枝晶和界面膜在原子層面是什么樣的。
枝晶和鋰電池安全緊密相關(guān)，“充電的時(shí)候如果控制得不好，金屬鋰的枝晶會(huì)長(zhǎng)出來(lái)，像一棵樹(shù)一樣”，枝晶會(huì)捅破電池正負(fù)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）則是負(fù)極材料和電解液接觸，生成的反應(yīng)物，厚度約為50個(gè)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)，科學(xué)家就能進(jìn)一步解決以金屬鋰為負(fù)極材料的鋰電池的安全問(wèn)題，并使其壽命更長(zhǎng)。但這個(gè)問(wèn)題一直困擾學(xué)界半個(gè)世紀(jì)之久。金屬鋰的熔點(diǎn)低，使用電子顯微鏡觀察時(shí)，電子束會(huì)將它融化，“打出一個(gè)洞”，破壞了原本的結(jié)構(gòu)。直到冷凍電鏡的應(yīng)用，避免了這個(gè)問(wèn)題。
崔屹為這項(xiàng)突破感到欣喜。他視金屬鋰為一種未來(lái)的電池負(fù)極材料，因?yàn)榻饘黉嚨哪芰棵芏雀?，如果解決了安全性等問(wèn)題，可以將現(xiàn)在電動(dòng)車電池的儲(chǔ)能翻倍。
崔屹向澎湃新聞介紹了他對(duì)未來(lái)電池正負(fù)極材料的發(fā)展路線規(guī)劃。目前鋰離子電池的主流正極是鈷酸鋰、磷酸鐵鋰或者三元材料，負(fù)極材料主要是石墨，其能量密度是有限的，最多約為300瓦時(shí)每千克。接下來(lái)第一步是將硅取代石墨作為負(fù)極材料，可將能量密度提升至400瓦時(shí)每千克。第二步，負(fù)極材料從硅換為金屬鋰，能量密度達(dá)到500瓦時(shí)每千克。第三步，正極材料改為硫，負(fù)極材料為金屬鋰的電池能量密度達(dá)到600瓦時(shí)每千克。
“能量密度達(dá)到500瓦時(shí)每千克時(shí)，特斯拉（一次充電）可以開(kāi)800到1000公里，比燒油的車跑得還遠(yuǎn)?！贝抟僬f(shuō)。
在崔屹成立的安普瑞斯公司，“三步走”中的第一步正在走向現(xiàn)實(shí)，已經(jīng)量產(chǎn)了負(fù)極材料是硅和石墨混合物的電池?！肮璧谋壤龝?huì)慢慢調(diào)大，最后能量密度越來(lái)越高。”崔屹說(shuō)。
他估計(jì)，“三步走”中的第二步，即以金屬鋰為負(fù)極材料的電池還需要學(xué)界5-10年的研究，“產(chǎn)業(yè)化則是10年開(kāi)外的事”。
能過(guò)濾99%PM2.5的口罩
崔屹產(chǎn)生想開(kāi)發(fā)新型口罩的念頭是在三年前，回了一趟中國(guó)之后，他發(fā)現(xiàn)霧霾很嚴(yán)重?；氐剿固垢４髮W(xué)之后，他讓人買回了中國(guó)市場(chǎng)上各種各樣的PM2.5口罩。“吹得很牛，但大部分口罩對(duì)PM2.5不管用?！贝抟僬f(shuō)，盡管有個(gè)別品牌的口罩過(guò)濾PM2.5的效率不錯(cuò)，但存在不透氣的問(wèn)題，戴著太悶。
“這是因?yàn)榭谡值目諝庾枇μ蟆！贝抟俳忉尅Ｋ胙邪l(fā)一款在保證過(guò)濾效率的同時(shí)，增加空氣流動(dòng)性的口罩。這意味著口罩需要敏銳、特異性地捕捉PM2.5。
崔屹于是發(fā)明了一種納米高分子纖維的過(guò)濾膜，空氣阻力僅為市面上口罩的三分之一至二分之一，同時(shí)過(guò)濾效率達(dá)到99%。究其原理，崔屹解釋，納米高分子纖維直徑很小，帶有靜電，且電場(chǎng)梯度強(qiáng)，從而使其能“抓住”不帶電的PM2.5。
這一原理恰是朱棣文在1997年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的依據(jù)。2015年，崔屹與朱棣文合作，成立了4CAir公司，著手把這一技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。不僅是口罩，他們還想生產(chǎn)基于這種過(guò)濾膜的紗窗，霧霾天不再需要緊閉門(mén)窗。
中國(guó)會(huì)是4CAir的主要面向市場(chǎng)，在深圳的分公司也已成立。崔屹透露，4CAir目前正在設(shè)計(jì)生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2018年能將基于這款過(guò)濾膜的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。
快速散熱的智能布料：納米“保鮮膜”
“現(xiàn)在，全世界的能源消耗，13%用在空調(diào)上?！贝抟僭趫?bào)告時(shí)提到，一個(gè)人相當(dāng)于100瓦的燈泡，在非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下如何快速散熱成為他一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)常思考的問(wèn)題。
人體會(huì)自動(dòng)調(diào)控體溫，散熱過(guò)程中，50%靠紅外線，其余是通過(guò)汗蒸發(fā)等。而絕大部分的布料是對(duì)紅外線不透明的。
有沒(méi)有什么材料可以讓紅外線通過(guò)？崔屹想到了冰箱里使用的保鮮膜。保鮮膜的材料是聚乙烯，對(duì)紅外線透明，但是對(duì)可見(jiàn)光也透明，不符合“遮體”的條件。
怎么辦？崔屹對(duì)聚乙烯進(jìn)行改造，研發(fā)出納米多孔聚乙烯，通過(guò)控制納米孔的大小，讓可見(jiàn)光進(jìn)行散射，解決了“布不遮體”的問(wèn)題，同時(shí)紅外線和空氣可以隨意透過(guò)。
經(jīng)測(cè)試，裸露的話，體表溫度為33攝氏度，穿上納米多孔聚乙烯制成的衣服，體表溫度僅上升1攝氏度。相比之下，穿上棉質(zhì)衣服，體表溫度上升4攝氏度。
此外，據(jù)介紹，納米多孔聚乙烯能實(shí)現(xiàn)回收再利用。
斯坦福：允許教授一周花一天時(shí)間在公司上
崔屹的兩家公司都已步上正軌。他告訴澎湃新聞，自己正在籌劃第三個(gè)公司，將智能布料、水過(guò)濾等專利歸于一個(gè)控股公司，再分離出小公司來(lái)將專利快速產(chǎn)業(yè)化。
“我想把產(chǎn)業(yè)化加速，所以想了一個(gè)新的商業(yè)模式來(lái)進(jìn)行?！贝抟僬f(shuō)：“跟斯坦福談得很好，已經(jīng)敲定了。”
不可否認(rèn)的是，斯坦福大學(xué)對(duì)教授、學(xué)生創(chuàng)業(yè)的支持，在很大程度上影響著崔屹?！八固垢５臋C(jī)制非常靈活，專利的使用權(quán)方面非常成熟，很快就可以談妥，給教授很大的自由度進(jìn)行創(chuàng)業(yè)，也不需要全職離開(kāi)。”崔屹說(shuō)。
2007年，崔屹一篇關(guān)于硅納米線用于電池的論文一發(fā)表，就有硅谷的風(fēng)投主動(dòng)拋來(lái)橄欖枝?？此剖亲匀欢坏氖拢抟匍_(kāi)始了自己的創(chuàng)業(yè)?！拔沂菑牟欢_(kāi)公司，到一邊開(kāi)一邊學(xué)的?！彼f(shuō)。
“斯坦福大學(xué)允許教授一周花一天時(shí)間在自己的公司上，我就按照規(guī)定最多花一天時(shí)間。”崔屹說(shuō)自己主要的角色依然是大學(xué)教授。盡管經(jīng)過(guò)多年的操練，他已經(jīng)對(duì)開(kāi)公司這件事的各方面很清楚，但他不參與公司的日常運(yùn)營(yíng)，而是雇傭職業(yè)經(jīng)理人來(lái)操辦。
這幾年，崔屹把分公司開(kāi)到中國(guó)來(lái)，一方面感受到中國(guó)在越來(lái)越開(kāi)放，但相比美國(guó)，步驟上依然要復(fù)雜一些。
談及中美在對(duì)待科學(xué)家創(chuàng)業(yè)上的差異，崔屹說(shuō)，中國(guó)科學(xué)家“出山”創(chuàng)業(yè)，需要花很多時(shí)間處理?xiàng)l條框框，而在斯坦福大學(xué)，自由度上要大得多，“不需要經(jīng)過(guò)審批，也不用報(bào)備，只要和學(xué)校談好把專利拿出來(lái)辦公司，知道有公司創(chuàng)辦這么回事就好了”。
“細(xì)節(jié)上，比如股份分配的靈活度上也有很大區(qū)別。價(jià)值觀上，是不是教授創(chuàng)業(yè)就不務(wù)正業(yè)？這要有所改變?！贝抟僬f(shuō)：“斯坦福的例子表明，做頂級(jí)的科研和開(kāi)成功的公司不矛盾?！?/p>
