一個細雨綿綿的四月清晨，崔屹開著他的紅色電動特斯拉前往硅谷。身為斯坦福大學的材料學家，他在六年前創(chuàng)立了Amprius電池公司。未來幾年里，他們將進行足以改變世界的關鍵性革新：“希望我們的電池能夠用在這車里?！?/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、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。盡管強者如云，崔屹仍然保持著強勁的勢頭。

　　電池行業(yè)中，很多人都在關注電極或者電解質(zhì)的化學成分，而崔屹另辟蹊徑，將電池化學和納米技術結合到了一起。目前他在創(chuàng)造結構復雜的的電池電極，與標準電極相比，能夠更多、更快地吸收和釋放帶電離子，同時不會引起不利的副反應。

　　馬里蘭大學的材料和電池專家羅巍這樣評價：“他 （崔屹） 正在利用納米技術的革新來操控化學。”

　　電池的市場

　　在一系列演示實驗中，崔屹展示出其特有架構的電極能夠“主宰”電池的化學反應。其中鋰離子電池電極中的標準石墨由硅取代；采用裸金屬鋰作為電極材料；在鋰-硫化學基礎上，將提供比鋰離子電池更為強大的能量。他正在探索的納米架構包括硅制納米線，這在膨脹和收縮時能夠相應地吸收和釋放鋰離子，其微小的蛋形結構具有碳殼，可保護其中富含鋰離子的硅顆?！暗包S”。

　　Amprius公司已經(jīng)開始供應配備硅電極的手機電池，這比市場上最好的傳統(tǒng)鋰離子電池儲能多出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40%的能量。目前為止，崔屹的公司還尚未給電動汽車提供電池。如果崔屹正在研發(fā)的技術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，因為價格低廉的電動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，當他剛開始從事研究時，想要“改變世界，同時變得富裕，但主要還是改變世界”。他們的主要目標還是電池行業(yè)，不過也在探索納米新技術，孵化創(chuàng)業(yè)公司，以提供更廉價、更高效的空氣和水凈化系統(tǒng)。羅巍認為他走的是一條“不尋?！敝罚鞅碧窖髧覍嶒炇也牧蠈W家劉俊的評價則更為直截了當：崔屹的納米技術對于電池的貢獻是“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)級的提升，相比之下，電池技術想要大步邁進則困難得多。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，預計到2020年，鋰離子電池的市場份額可達到300億美元。其中電動車電池的比例將有所增加，相關企業(yè)包括特斯拉、通用汽車和日產(chǎn)等等。

　　今天的電動車具有很大的發(fā)展空間。以特斯拉Model s為例，其70-90千瓦時的電池重達600公斤。十來萬美元的一臺車，這樣一塊電池的價格就占3萬美元。而一次充電，只能續(xù)航400公里，遠遠比不上傳統(tǒng)汽車。日產(chǎn)Leaf作為入門級小型電動車則便宜很多，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：“電動汽車的時代就要來臨，”為了完成這一過渡，“我們必須做得更好！”

　　從無到有

　　很早以前，崔屹就意識到了這一趨勢。1998年從中國科學技術大學本科畢業(yè)后，他來到美國，在哈佛大學取得博士學位，后到加州伯克利大學從事博士后研究。期間，他在實驗室從事最前沿的納米材料的合成工作。當時還處于納米技術發(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，納米技術的應用才剛剛起步。

　　“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驗室主任Steven Chu的啟發(fā)下，崔屹走上了新的道路。在Steven Chu看來，納米技術為電池領域帶來了一個“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成分，還能控制材料中原子的排布，進而掌握其中所進行的化學反應。

　　來到斯坦福后，崔屹很快將納米技術和電池的電化學結合起來，開始研究它們的實際應用。

　　研究團隊曾嘗試了多種納米相關技術，以防止硅制負極的瓦解，防止致命的副反應發(fā)生。

　　石墨可謂現(xiàn)今最理想的負極材料，其高導電性可以輕松地將電子傳遞到電路金屬導線中。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。“搞定”一個鋰離子需要六個碳原子。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的能量多少。

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

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

　　崔屹認為他能夠解決這一問題。哈佛大學和加州伯克利的經(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。同時表面原子所受相鄰原子的束縛更小，它們在受到壓力和應力時可以自如地移動。就好比稀薄的鋁箔比起厚實的鋁材料可以很容易彎曲且不會斷裂。