美国科学院院士（李兰娟 美国科学院院士）
在2022年5月3日的盛事中，美国国家科学院迎来了120位新院士和30位外籍院士，他们因原创性研究的杰出和持续贡献而备受赞誉。其中，华人科学家群体星光璀璨，包括崔屹、金亦石、马中、张启敬等。特别是崔屹博士，他在纳米材料领域的成就使他成为学界瞩目的焦点。
崔屹的科研之路可谓一帆风顺。从中国科学技术大学本科毕业后，他前往哈佛大学深造，仅用了四年时间就完成了硕博连读。随后，他在加州大学伯克利分校进行博士后研究，师从顶级科学家Paul Alivisatos。28岁时，他入选世界顶尖100名青年发明家，29岁便入职斯坦福大学，并在随后的职业生涯中不断取得突破。
崔屹不仅是一位杰出的科学家，也是一位具有前瞻性的创新者。他的研究领域涉及锂电池技术，这项技术在当今社会中具有举足轻重的地位。他和他的团队正在将锂离子电池推向新的高度，与众多业界巨头如松下、三星、LG化学、苹果以及特斯拉等共同电池的未来。崔屹独具慧眼，他将电池化学和纳米技术相结合，开发出结构复杂的电池电极，这些电极与传统电极相比，能更有效地吸收和释放带电离子，同时避免不利的副反应。
其他华人院士也有卓越的成就。金亦石在美国加州大学圣地亚哥分校担任神经生物学教授，因鉴别与线虫神经通路相关的基因而当选美国国家科学院院士。马中在宇宙论和粒子天文物理学领域有杰出贡献，特别是在发现迄今为止最大的两个黑洞方面取得了重要突破。张启敬在美国爱荷华州立大学担任微生物与预防兽医学终身教授，致力于研究食源性微生物的耐药机制和致病机制。欧阳志云则是中国科学院生态环境研究中心主任，因其在中国生态学会和中国生态经济学会的重要职务和贡献而当选美国国家科学院外籍院士。
这些华人科学家的成就不仅为他们的祖国带来了荣誉，也为全世界科学界树立了榜样。他们的成功故事激励着年轻一代追寻自己的梦想，挑战科学的前沿。我们期待他们在未来的科学研究中继续取得更多的成就，为世界的发展做出更大的贡献。我们也期待崔屹在锂电池领域的更多突破，为人类社会的进步照亮道路。电池革命：纳米技术与电池市场的崭新未来
在一系列富有创新性的实验中，崔屹展示了其独特的电极纳米架构如何“引领”电池化学反应的变革。他采用新型材料和技术手段，对锂离子电池的电极进行了革新，展现出令人瞩目的成果。
崔屹团队成功将传统的石墨电极替换为硅制电极，这一创新在锂离子电池领域掀起了一股革命性的浪潮。他们利用纳米技术，开发出具有蛋形结构的硅制纳米线，这些线条在膨胀和收缩时能够相应地吸收和释放锂离子。这种独特的结构不仅提高了电池的能量密度，还大大增强了电池的性能。
Amprius公司已经开始供应配备这种硅电极的手机电池，其储能能力比市场上最好的传统锂离子电池多出10%。更令人兴奋的是，他们正在开发一款原型产品，其储能能力甚至可以多出40%。虽然目前Amprius公司还未向电动汽车市场提供电池，但崔屹坚信，如果他们研发的技术能够取得成功，那么他们制造的汽车电池性能将比现有顶尖产品高出十倍。
这一突破性的技术将为汽车行业带来翻天覆地的变化。价格低廉的电动汽车将能够行驶与传统耗油汽车相同的距离，这将大幅度降低全球碳排放，从而有助于缓解环境污染问题。
崔屹的初衷是改变世界，而不仅仅是为了财富。他最初从事研究时，就怀揣着改变电池行业的梦想。如今，他在纳米新技术的道路上不断前行，孵化创业公司，致力于提供更廉价、更高效的空气和水净化系统。他的成就得到了同行的高度评价，被认为是走在一条“不寻常”的道路上。
电池技术的革新对于整个行业的影响是巨大的。在过去的几十年里，虽然硅谷电脑芯片的性能获得了指数级的提升，但电池技术的进展却步履维艰。如今，随着新型纳米技术的应用，电池技术终于迎来了突破性的进展。
预计到2020年，锂离子电池的市场份额将达到300亿美元，其中电动车电池的比例将有所增加。目前，电动车市场具有巨大的发展空间，以特斯拉和日产等公司的产品为例，它们的电池技术虽然已经取得了显著进展，但仍然面临续航里程和成本等方面的挑战。
崔屹表示，“电动汽车的时代就要来临。”为了实现这一过渡，他们必须不断地进行技术创新。他相信，如果电池的能量密度能够提高一倍，汽车厂商就可以在保持续航里程不变的情况下，将电池的体积和成本减半。这将为整个汽车行业带来革命性的变革。
回顾崔屹的职业生涯，他始终紧跟科技发展的步伐。早在1998年，他就意识到纳米技术的巨大潜力。在取得博士学位并从事博士后研究期间，他致力于实验室最前沿的纳米材料的合成工作。在Steven Chu的启发下，他走上了将纳米技术应用于电池领域的新道路。
如今，崔屹已经在斯坦福大学将纳米技术和电池的电化学结合起来，开始了实际应用的。他的研究团队不断努力，尝试各种纳米相关技术，以防止硅制负极的瓦解，避免发生致命的副反应。
石墨虽然是现今最理想的负极材料之一，但其抓握锂离子的能力有限，限制了电池能够存储的能量多少。崔屹团队的创新性研究成果为电池行业带来了新的希望，他们的工作不仅改变了电池的性能，也为整个行业带来了新的发展机遇。在电池技术的领域中，硅材料因其出色的储能潜力而备受瞩目。每个硅原子能够绑定四个锂离子，这意味着硅基负极所存储的能量是石墨材料的十倍之多。多年来，众多电化学家为之不懈努力，其潜力。
硅材料在制造负极时面临巨大挑战。在充电过程中，锂离子涌入并与硅原子结合，导致硅负极材料急剧膨胀；而在放电过程中，锂离子流出，硅负极迅速萎缩。这种反复膨胀和萎缩的过程，如同对硅电极进行不断的折磨，最终导致其断裂瓦解，形成细小的颗粒。这无疑让硅负极，乃至整个电池陷入困境。
崔屹博士认为他能够解决这一难题。他深知，在纳米尺度下，材料的属性会发生显著变化。纳米材料表面的原子比例较高，这些原子在受到压力和应力时能够自如移动。这一特性为硅纳米线作为负极材料提供了可能性。
2008年，崔屹提出了使用硅纳米线作为负极材料的设想。这一创新方法有效地减缓了导致体相硅负极瓦解的压力和应力。他和同事的研究成果发表在《Nature Nanotechnology》上，展示了经过多次充放电循环后，硅纳米线仍能保持较高的储能量。
尽管硅纳米线具有诸多优点，但其制备成本较高且过程复杂。于是崔屹团队开始研究更为经济的硅负极材料。他们利用球形硅纳米颗粒制备锂离子电池负极，但这也带来了新的问题。随着锂原子的流动，纳米颗粒的收缩和膨胀导致用于粘合的胶水开裂。这一过程产生了化学反应，在硅纳米颗粒表面形成了固体电解质相界面膜（SEI）。这层膜随着时间的推移越来越厚，最终破坏了负极的电荷收集能力。
为了解决这个问题，崔屹团队不断新的方法。他们创造了蛋形纳米粒子并将硅原子包裹在碳壳内，这种结构使锂离子能够自由通过，同时保护硅原子免受电解质形成的SEI层的干扰。这一创新成果在《Nano Letters》上发表后得到了广泛关注。此后他们又取得了重大突破将微米级别的硅颗粒组装成类似石榴的结构并通过石墨烯碳层进行包裹。这种新材料在经过多次充放电循环后仍能保持良好的电池容量。这一成果在《Nature Nanotechnology》上发表引起了业界的广泛关注。
今年早些时候崔屹团队取得了更大的进展他们将体相硅材料加工成微米级别并用石墨烯碳层进行包裹制成更大体积的硅颗粒这种结构虽然更容易在充放电后瓦解但由于石墨烯的包裹作用电解质无法接触到硅材料保持了破碎颗粒的接触从而轻松将电荷传递到金属导线相关成果已经发表在《Nature Energy》上这种新型电池具有更高的能量密度和更低的生产成本在国内已经建厂生产手机电池并实现了大规模的销量。
随着电池充放电循环的推进，金属锂与硅颗粒一样经历膨胀收缩的过程。这种动态会导致SEI保护层的破裂。锂离子会在裂缝处聚集，形成危险的金属“树突”，它们会在电极内逐渐生长，最终刺穿电池隔膜，引发短路甚至火灾。
面对这一难题，传统方法未能取得突破。崔屹团队借助纳米技术的力量，为我们指明了新的方向。为了稳定SEI层并阻止金属枝晶的形成，他们采取了两种创新策略。其一，在负极上覆盖相互连接的纳米碳球，这些碳球能够给锂的膨胀和收缩提供空间，从而保护SEI层不受破坏。其二，利用金纳米颗粒吸收锂离子，仿佛是在更大的蛋黄壳中为锂的活跃性设置了一个安全界限。
改进负极只是这场电池革命的一半战斗。崔屹团队同样运用纳米技术，对正极材料进行了革新，特别是硫材料。硫，被视为正极材料的优选，其每个硫原子能与两个锂离子结合，理论上将正极的储能量提升数倍。更重要的是，硫的成本相当低廉。硫的导电性一般，且容易与电解质反应生成有害的副产物，这些副产物可能导致电池在几次充放电后失效。在放电过程中，硫正极倾向于积累电荷，而不是释放它们。
针对这些问题，崔屹团队展开研究，采用高导电性的二氧化钛外壳包裹硫粒子，这一创新使电池容量较传统电池提高了五倍，并有效防止了有害副产物的产生。研究人员还研发了类似“石榴”的硫基纳米结构，将硫固定在细长的纳米纤维中。这些创新不仅提高了电池容量，还将库伦效率（电池放电性能）从86%提升至99%。
崔屹满怀信心地表示：“我们现在已经在电池的两极都拥有了高性能的材料。”他的愿景是将这两种创新融合在一起，打造出结合硅负极和硫正极的新型电池。如果这一愿景能够实现，必将带来高容量、低成本、足以改变世界的电池产品。
本文旨在分享这一领域的进展和研究成果，希望能对广大读者有所帮助和启发。