2022年5月3日,美国国家科学院宣布增选院士120 名,增选外籍院士30 名,以表彰他们在原创性研究方面杰出且持续的成就。其中华人科学家有崔屹、金亦石、马中珮、张启敬;中国科学家有欧阳志云。纳米材料领域的顶尖学者崔屹则是百尺竿头更进一步,成为华人学界备受注目的明星。为表纪念,知社特刊出专题文章“崔屹:用锂电池改变世界”附后。
崔屹本科毕业于中国科学技术大学本科,在哈佛大学师从国际顶尖化学家Charles Lieber,仅用4年就完成了硕博连读;之后在加州大学伯克利分校从事博士后研究,导师是另一位顶级科学家Paul Alivisatos。
崔屹于28岁入选世界顶尖100名青年发明家。29岁入职斯坦福大学、34岁升任斯坦福终身教授。38岁就被路透社评为世界排名第一的材料科学家。2020年,他成为斯坦福能源研究所的首位华裔主任。如今更是当选美国国家科学院院士,可谓百尺竿头更进一步。知社本次准备了崔屹及其纳米电池研究的专题文章附后,供读者阅览,请不要错过。
其他当选美国国家科学院院士的华人科学家简介如下:
金亦石
美国加州大学圣地亚哥分校的神经生物学系主任。1984年本科毕业于北京大学细胞生物学专业并获得理学学士学位。2007年被聘为加州大学圣地亚哥分校神经生物学教授。首次鉴别与线虫神经通路-neural circuitry有关的基因。当选美国国家科学院院士。
马中珮
宇宙论与粒子天文物理学家,加州大学伯克利分校天文学教授,台湾中央研究院天文所兼任副研究员。曾在2001年获得海外华人物理学会杰出青年研究人员奖。2012年1月,马中珮带领的研究团队发现迄今所知最大的两个黑洞。当选美国国家科学院院士。
张启敬
美国爱荷华州立大学动物医学院副院长、微生物与预防兽医学终身教授、美国微生物科学院院士。致力于研究食源性微生物耐药机制和致病机制、食品安全。当选美国国家科学院院士。
欧阳志云
中国科学院生态环境研究中心主任,中国生态学会理事长、中国生态经济学会副理事长。主要从事生态系统服务功能、生态系统评价与保护、城市生态、生物多样性等方面的研究。当选美国国家科学院外籍院士。
崔屹专题:用锂电池改变世界
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。”
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。