学霸就是要肝 第195章 固体电解质和纳米多孔材料

第195章 固体电解质和纳米多孔材料

第195章 固体电解质和纳米多孔材料

科学岛实验室，样品制备室中。

“嗯……暂时已经准备了四种典型的固体电解质。”

“氧化物类的固体电解质LLZO，还有硫化物类固体电解质Li3PS4和Li6PS5Cl，以及聚合物的PEO基电解质。”

“电池正极材料就采用硫正极吧，具体就是S/C复合材料。”

“负极就是锂金属。”

“然后……”

萧易小心翼翼地取出了各种所需要用到的材料。

随后便带着这一堆的材料前往了隔壁的电化学测试室。

电化学测试室就是专门为电化学方面的实验所准备的功能室，用于测试材料的电化学性能，特别是电池、电容器等能源材料的研究。随后，萧易便开始准备组装电池。

在手套箱中组装电池，确保无水无氧环境，然后使用CR2032型扣式电池外壳，组装顺序为锂金属负极-固体电解质-硫正极。

随后首先开始电化学测试，主要进行恒电流充放电测试和电化学阻抗谱测试。

目前来说，固态锂电池已经能够在实验室中实现，只不过想要从实验室中走向商业化应用，仍然差了很多。

当然，萧易现在的实验，主要是为了获得相应的实验数据，然后再发动自己的【材料掌握】，以此来选择自己接下来研究的目标方向。

比如到底是选择氧化物，还是硫化物，又或者是聚合物。

“嗯，恒电流充放电测试的话，就先测试50次循环好了。”

将每个电池搭建完成，而后统一开启电路，等待循环结果。

当然，除此之外，还有纳米压痕测试。

使用纳米压痕仪测量固体电解质薄膜的硬度和弹性模量，通过这个方式，就可以测量各种固体电解质对于锂枝晶的抑制作用。

萧易自然也准备了更多组的材料，直接进行测试。

纳米压痕测试倒是很快就出了结果。

“唔……LLZO的硬度和弹性模量最高，其他电解质材料的机械强度就明显低于LLZO，尤其是PEO基电解质，这种聚合物电解质，机械性能是最差的。”

“这样看的话，LLZO就属于比较理想的。”

“再等那边的电化学测试结果吧。”

50次的循环所需要的时间可不短，当然，为了更好的测验这些固体电解质在锂枝晶方面的问题，所以萧易倒是也加快了充放电速度，大概在2C左右，所以预计也需要50个小时的时间。

也就是两天时间。

萧易开始等待起来。

当然他这两天也没有闲着，继续收集各种相关的资料，顺便和那些收到了录取通知的人进行联系，询问一下他们具体什么时候能够到岗。绝大多数的应届毕业生，都表示很快就能够到岗。

毕竟对于这些应届毕业生来说时间算是比较充裕的，身上也没有什么职位，所以很快就能够到实验室。

也就那些原本就是正副研究员或者是教授讲师这些原本就有岗位的，还需要将工作上的那些事情给处理了才能过来。

而稍微特殊点的就是，本身就是博士后，然后选择退站，重新来科学岛实验室读博士后的。

国内博士后在这方面的机制存在问题，博士后已经不是学生，算是打工仔了，想要离开原博士站点，却仍然需要导师的签字。

不过这次招聘的博士后中，只有刘晓东一个人是博士后。

刘晓东那边也发过来信息了，说是大概还需要一段时间处理事情。

所以萧易也就没有多问。

就这样，两天多的时间过去。

萧易再一次来到了电化学测试室，看了一眼实验的情况，50次循环都已经完成了，各种结果也已经统计出来。

“LLZO和Li6PS5Cl表现出较高的初始放电容量，表明这两者都有较高的离子电导率，嗯……分别是1.0×10^-3S/cm和5.0×10^-4S/cm。”

“循环稳定性上面的话，LLZO的循环稳定性最佳，说明其在多硫化物穿梭效应和锂枝晶方面有较好抑制效果。”

“最后是库伦效率，也是LLZO的库伦效率最高，电化学反应较为稳定。”

这样一看的话，LLZO，锂镧锆氧所具有的潜力确实很高。

“不过……LLZO的制备成本比较高。”

萧易沉吟起来。

虽然LLZO是当前固体电解质的研究热门，但其制备过程中需要在1000多摄氏度下的高温中进行烧结，对能耗和设备的要求都相对较高，同时也对制备过程中的环境要求严格，再加上高纯度的要求，则更加进一步提高了难度问题。

从商业化的角度来看，LLZO仍然需要攻克的问题还是很多。

至于其为什么能成为研究热门嘛，那就懂得都懂了，从实验角度来说，这种各项性能都比较优秀的东西，比较容易出成果，反正在实验室里面又不在乎什么高成本。“反倒是锂磷硫氯Li6PS5Cl比较合适一些。”

“500摄氏度以下的温度就能够进行合成，算是比较低温的，对于气氛的要求也没有LLZO那样严格，包括纯度上也是一样，此外，如果过于追求材料的机械强度的话，反倒会影响到最后的可加工性，而锂磷硫氯的柔性，加工起来反倒更加的合适。”

“还有原材料，LLZO中，不管是镧还是锆，成本都很高，而锂磷硫氯……”

这就更不用多说了，普通人可能都知道锂磷硫氯的这四种元素，而镧和锆，听过的人可就很少了。

要不是当年老朱家的孩子够多，估计都不知道怎么给这种元素命名。

综合考虑之下，萧易还是更加倾向于锂磷硫氯这种固体电解质材料。

毕竟，他的目的是能够实现商业化生产，成为走进千家万户的消费品，而并非那种实验室产物，只能用来出成果用的。

随后，他便不再多说，再次取出了一个锂磷硫氯样品，同时再加上这个样品的各种实验数据，然后开始发动材料掌握。

随着视野又一次进入到了微观的世界中，萧易的表情便又一次流露出了享受一般的神情。

固体电解质和之前那些超导体浑然不同的世界，让他又领略到了一番不同的微观世界。

“锂磷硫氯目前的主要问题，首先是化学稳定性，其在与空气中的水和氧气结合的时候会生成硫化氢这类有害的副产物，其次就是与金属锂电极之间存在化学相容问题，会导致一些化学反应，最终形成更加不稳定的界面……”

“然后就是……还是界面问题，锂磷硫氯与电极材料之间的界面阻抗高，影响离子传导效率。”

“界面问题……界面问题……”

萧易眯起了眼睛。在电化学领域，界面问题是一个研究十分广泛的问题，它主要研究的就是电极表面与电解质之间相互作用和反应的过程。

而目前看来，对于固体电解质来说，其最大的问题，同样也是界面上可能存在的各种不可控情况。

就像是界面阻抗问题，还有和金属锂这种电极之间存在的化学相容性问题。

“不可控？”

萧易的心中略微一思索，然后就在材料掌握的能力之下，在锂磷硫氯的表面模拟了一层超薄的二氧化硅保护层，然后又在外面模拟了一层水分子和氧分子。

本来，水分子和氧分子同锂磷硫氯结合的话，是能够发生化学反应，影响锂磷硫氯性能的。

但现在，有了这一层超薄的二氧化硅保护层，这个问题就不存在了。

“不过，二氧化硅又会影响到锂磷硫氯的电导率，反倒是拣了芝麻丢了西瓜，不妥不妥。”

“唔……换成纳米多孔中间层如何呢？”

随着萧易的心中一动，二氧化硅超薄层便是一变，变成了纳米多孔的结构。“唔……还可以稍微优化一点，那就，再填充一些界面粘结剂。”

随后，微观世界中，纳米多孔二氧化硅层的表面便又紧密结合了一层Li3N。

这种界面粘结剂，不仅能够增强界面的结合力，同时还能够加强离子导电性。

“如此一来，应该就算是比较好的固体电解质了。”

萧易的心中略微一思索，然后便再次模拟出锂枝晶的生长。

而这一次，纳米多孔二氧化硅却就能够凭借着足够强的机械强度和硬度，直接从物理层面上阻挡住了锂枝晶的生长，并且均匀的纳米多孔结构确保了力的均匀分布，从而防止局部应力集中，减少枝晶穿透的可能性。

此外，纳米多孔二氧化硅因为其多空结构，有助于均匀分布锂离子流，自然也就减少了锂枝晶集中生长的可能性。

“如此来看，纳米多孔二氧化硅倒是一种不错的材料。”

不过，很快，萧易就摇了摇头。

从目前来看确实不错，但还有个问题就是，电池中各种材料的体积是会发生变化的。

微观世界中，随着充放电的过程，二氧化硅本身的脆性，就导致其在这种体积膨胀缩小的过程中出现裂纹。

“因此，最好是……”

萧易陷入了沉思之中，忽然间，他的眼前一亮。

“如果是碳呢？”

和碳有关的纳米材料可是相当之多的，在这方面的研究也十分的成熟。

诸如石墨烯、碳纳米管等等这类的材料。

想到这里，萧易立马就开始了继续的尝试。

……

时间一天天的过去了。

萧易几乎每天都泡在实验室中，不停地进行着实验和推测。

经过多种筛选，他从二氧化硅、碳、氧化铝、聚合物等多种纳米多孔材料中，最终确定了，纳米多孔碳，就是最理想的纳米多孔材料。

只不过，现在也仅仅只是初选而已。

即使是纳米多孔碳，也有很多种形态，如何才能够让其最适配，仍然需要不断的尝试。

材料的研究就是这样，通过各种不同的设想，不同的猜测，在最终找到最合适的材料。

自然科学方面的研究也大多就是这样，通过不断的实验，不断的寻找。

方向上的选择，才是最重要的。

而材料模拟，则让萧易在方向的选择上有着极大的便利，不仅能够节省时间，同样也能够节省实验所需要花费的成本。

就这样，一个周过去了。

……

“萧主任，现在已经有13人到岗了。”

办公室中，一名大概30来岁的男人对萧易说道。

这个人，是萧易从科大那边聘请过来的一名助理，叫王豪。

找助理，也算是不得已之事。

虽然对于科研机构来说，行政人员似乎总是让那些真正做科研的人们感到不爽，但又不得不说的是，作为一个机构，有必须得有这种行政人员。

不然的话，又要保证好科研的产出，又要保证好机构管理的井井有条，单靠一个人显然是不行的。

所以像是大学之中，往往都会有常务副校长这种专职学校日常事务管理的，校长可能还是将更多的精力放在科研上，最多也就在一些重大事项上作出决定。而萧易自然也不可能一个人来负责实验室日常管理的所有事务，所以也就聘请了一位助理过来。

王豪本身是科大物理学院的一名讲师，不过由于本身并不喜欢科研，所以更多的时候还是处理行政方面的事情，由于其多少也对科研有所了解，因此在那些教授们之间也颇有好评。

然后他看见了科学岛实验室这边的招聘后，就主动过来应聘了，很快就成为了萧易的助理。

当然，由于科学岛实验室的规模小，人也不多，所以也没有学校那边忙碌。

“十三个人么，那倒是挺好。”

萧易点点头。

“另外，钱万里教授也已经确定将在下个周之前出发了。”

“哦？这么快？”

萧易就有些惊讶了，毕竟钱万里是杰青，要处理的事情应该有一堆，结果没想到这么快就好了。

王豪点点头：“是的，是因为钱万里教授早就准备离开沪交大了，他的学生都顺利毕业了，他也没有招收新学生，其他的事情也就全部处理好了。”

萧易点点头，不由一笑，看来这位钱教授早就有所打算了。

“那就行，还有其他事情吗？”

“哦，倒是还有一件事情，就是您之前提醒我关注的一个博士后，叫刘晓东。”

“刘晓东现在好像遇到了麻烦，他申请退站，但是他的导师并没有签字。”

一听这，萧易的眉头就是一皱。

果然，这件事情还是发生了？

回想起当时面试刘晓东的过程，虽然刘晓东表现称不上很好，不过，萧易从他博士后期间的那些成果中看出了端倪，最后一查，他那个叫赵国庆的导师，在过去的研究方向都是高分子材料方面的，压根和那几篇纳米材料领域的论文沾不上边，结果突然就发了一篇JMS&T上的纳米材料。

JMS&T可是影响因子有10以上的材料领域顶刊，那篇论文的质量肯定很高，赵国庆怎么想都没可能第一篇就能够发在这上面。

之后，萧易便专门联系了一下钱万里，钱万里作为沪交大材料学院的杰青，也确实知道一点，果然，刘晓东的那个导师在他们学院里面确实是出了名的喜欢压榨学生，虽然之前已经被学院警告过了，但也没有让他收敛太多，因为赵国庆的父亲，就是钱万里说的那个对头，马上就要评上院士了。钱万里甚至还对刘晓东这个博士后有印象，因为他们曾经在实验室中见过一面，而刘晓东的一些见解，都让他赞不绝口。

萧易眯起了眼睛。

这件事情，他可以处理。

他当然可以处理，对于沪市那边的学者，他同样认识很多，或者说，全国的学者，他都认识很多。

因为他过去的那么多成果，不管是数学、物理，还是说材料领域，平时想要和他交流的人很多，甚至就连钱万里的那个对头，也曾经和他通过邮件进行过交流。

对于这些交流意向的邮件，萧易往往都不会拒绝，基本上只要是有点意思的问题，他都会予以回答。

虽然都是源自于兴趣，但在无形之中，也为他积攒了很多的关系。

当然，再不济，他打电话给柳聪局长，想要解决这个事情就更简单了。

不过，思考再三，他还是打算让刘晓东自己决定是否接受他的帮助，于是他拿出手机，直接给刘晓东打去了电话。

……