第103章 這就是我們理想中的負極材料
從學霸開始邁向星辰大海 作者：可樂要加糖 投票推薦 加入書簽 留言反饋
第103章這就是我們理想中的負極材料
“嗯，我也是在查看實驗數據的時候，恰好想到了這個方向罷了。其實要是實驗時間足夠的話，我們早晚也是要進行循環次數的極限測試的。”
“哎，道理是這個道理，但真正做起實驗來，時間永遠是不夠用的。要是再過幾個月才發現這個問題，再去進行詳細的研究，不知道要耽誤多少的時間。”
想到這，徐洲不禁也有些無可奈何。
即使現在看來，之前自己的實驗思路也是沒有問題的，但寧晨卻總能比自己更敏銳的找到關鍵的實驗思路。
徐洲總覺得，寧晨好像有什麽特殊能力一般，但作為一名堅定的唯物主義者，徐洲知道這並不是什麽科學的想法。
徐洲也隻能承認，和真正的天才相比，自己還是顯得普通了一些。
就在寧晨和徐洲討論這些問題的時候，隋楓已經帶著試樣回到了實驗室。
見到隋楓回來，徐洲興奮的問道：
“隋楓，已經測完了嗎？”
“徐老師，你看這裏的圖像。你覺不覺得，這裏的多孔矽納米材料，體積好像有些變化？”
其實以圖像的精度來看，這種變化並不是太容易被發覺，隻是寧晨對於這種多孔矽納米材料非常的熟悉，因而才會敏銳的察覺到這種變化。
接下來的時間裏，徐洲和寧晨繼續研究著解決這個問題的具體方案。
最終的成績，也證明了寧晨真的具有這樣的成績。
這代表著寧晨僅用了幾乎不到兩年的時間，就修完了材料和數學的本科雙學位。
“怎麽樣，看出原因了嗎？”
首先，多孔納米矽-金屬負極材料的實驗還需要繼續進行，他們要找到最適合與多孔矽進行搭配的金屬物質。
比如說，是選擇添加石墨，碳納米管，還是中間相碳微球。
而因為寧晨在這兩個領域，都已經做出了非常優秀的成果，不需要再另外進行畢業設計，畢業答辯也隻是走走過場就可以了。
因為電解液會與電極材料不斷的進行反應，這些反應生成的物質，就會慢慢在電極材料附近進行積累，形成一層鈍化層。
“不對……多孔矽納米材料的體積，相比之前好像有了比較明顯的變化。或許，這才是造成這個現象出現的根本原因。”
“沒錯，確實是負極材料表麵的鈍化層。可是這為什麽會對鋰電池循環容量造成如此急劇的影響呢？”
這種鈍化層會對電極材料的性能產生一些影響，這些影響有好有壞，其中的一種負麵影響，就是會降低電極材料的充放電效率，特別是對負極材料的影響更為明顯。
證明工作進行到這裏，寧晨也知道，距離自己徹底解決秋成同猜想，也隻有一步之遙了。
寒假開始之後，寧晨沒有馬上回家，而是暫時留在學校，繼續進行著有關矽基負極材料的實驗。
這其中，最令大家滿意的，是一種多孔納米矽-銀-碳的複合材料。
……
添加的碳層要多厚，才能夠在保護多孔納米矽的同時，也不會影響到電池的容量。
其實在鋰電池充放電的過程中，形成這種鈍化層是非常正常的事情。
“是的，我到那之後，老師就安排我進行實驗了。”
找到了實驗現象的原因後，寧晨和徐洲都陷入了沉默之中，各自思考起解決這個問題的方法。
碳材料具有良好的導電性、體積變化小、適當的嵌鋰能力等優點，非常適合與矽基複合材料進行結合。
<divss="contentadv">寧晨不禁在心中感歎，徐洲在材料領域上的確很有自己獨到的想法，很多地方都值得寧晨去學習。
“沒錯，剛剛我也有這樣的感覺。這麽說來，很可能是因為在負極材料表麵生成的鈍化層，對多孔矽納米材料起到了壓迫作用。這種壓迫作用正常隻會緩慢的降低負極材料的循環性能，但隨著這種作用的不斷積累，就有可能對多孔矽納米材料產生結構性的破壞。”
經過大量的測試，這種材料表現出了較高的首次可逆容量，在多次循環後，可逆容量依然維持在一個較高的水平上。
矽和碳的複合物，要通過什麽樣的方法進行合成，等等。
其次，在材料外層添加碳層的思路上，他們也要進行大量的實驗工作。
寧晨剩下需要做的，就是完成畢業設計和畢業答辯了。
現在的實驗已經進入到了收尾階段，經過不斷的測試，大家找到了幾種有潛力進入到應用階段的矽基鋰電池負極材料。
隋楓則是在一旁等待著，反正隋楓也知道，這種級別的問題，肯定不是自己能夠解決的。
其實這對於寧晨來說這並不算什麽，因為很多考試科目的知識自己早就學完了，並不需要寧晨在上麵投入太大的精力。
聽到徐洲的方案，寧晨也不禁用力的點了點頭。
到了學期期末，為了早一些拿到本科學位證和畢業證，寧晨連續完成了三十多個科目的期末考試。
不過在寧晨的不斷堅持下，學校還是同意了寧晨的請求。
隋楓去的時候，正好趕上檢測中心老師休息的時間，不過因為徐洲的電話，檢測中心還是非常爽快的幫隋楓安排了實驗。
這聽起來是項不可思議的事情，學校一開始也跟寧晨再三確認，是否真的要在一學期就考這麽多的科目。
“是的，多孔矽納米材料相比於常規的碳負極材料，各項物理性質還是要脆弱一些。即便加入了金屬物質，這種情況並沒有徹底的被解決。”
“嗯，大概是因為在負極材料表麵生成的鈍化層。具體的還是看掃描電鏡的圖像吧。”
經過改良之後的負極材料，在電池壽命上有了明顯的提升，同時在經曆多次充放電循環之後，也不會再出現可逆容量明顯下降的情況了。
……
不僅每一科都順利的通過，而且絕大部分科目的成績都達到滿分或是接近滿分，這讓老師們都感到驚歎不已。
說著，隋楓將剛剛做完的掃描電鏡圖像找了出來，給寧晨和徐洲看了過去。
這個時候，寧晨突然想到了什麽，繼續查看起隋楓做的這些掃描電鏡圖像。
而在這期間，寧晨也完成了有關秋成同猜想第二階段的證明工作，並將其整理成論文，再次投遞到了《米國數學會雜誌》。
這個時候，徐洲似乎又想到了什麽主意，對寧晨說道：
“我們可以這樣嚐試一下。在矽和金屬的複合材料外層，再加入一層較薄的碳結構。這種碳結構可以阻止電解液和多孔矽納米材料的直接接觸，同時對電池的能量密度也不會有明顯的影響。”
想到這，寧晨說道：
時間一天天過去，徐洲、寧晨、隋楓等人一起進行了大量的實驗，在經曆了無數次失敗的同時，也收獲了很多非常有價值的實驗現象和實驗結論。
每一科的考試，寧晨也都會在考試開始後半個小時左右，就完成作答並提前交卷，就像走馬觀花一般輕鬆。
但這種影響往往是比較緩慢的，並不會對鋰電池的性能造成斷崖式的影響。
看到掃描電鏡的圖像，寧晨和徐洲也都看出了圖像中的物質是什麽。
徐洲、寧晨等人一起討論了幾天，才將實驗方案確定了下來。
經過一番分析，徐洲找到了出現這個現象可能的機理，寧晨聽完也對此表示著讚同。
而因為碳層的保護作用，多孔矽納米粒子並不會受到電解液的影響，即便是500次循環之後，電池的可逆容量也沒有再出現急劇下滑的情況。
金屬銀的加入，雖然讓鋰電池的成本提升了一些，但仍然在可以接受的範圍內。
徐洲向許壽告知了實驗組的實驗進度，許壽得知實驗組已經有了這些突破之後，馬上表示會盡快飛往盛州，了解相關的實驗情況。
“嗯，我也是在查看實驗數據的時候，恰好想到了這個方向罷了。其實要是實驗時間足夠的話，我們早晚也是要進行循環次數的極限測試的。”
“哎，道理是這個道理，但真正做起實驗來，時間永遠是不夠用的。要是再過幾個月才發現這個問題，再去進行詳細的研究，不知道要耽誤多少的時間。”
想到這，徐洲不禁也有些無可奈何。
即使現在看來，之前自己的實驗思路也是沒有問題的，但寧晨卻總能比自己更敏銳的找到關鍵的實驗思路。
徐洲總覺得，寧晨好像有什麽特殊能力一般，但作為一名堅定的唯物主義者，徐洲知道這並不是什麽科學的想法。
徐洲也隻能承認，和真正的天才相比，自己還是顯得普通了一些。
就在寧晨和徐洲討論這些問題的時候，隋楓已經帶著試樣回到了實驗室。
見到隋楓回來，徐洲興奮的問道：
“隋楓，已經測完了嗎？”
“徐老師，你看這裏的圖像。你覺不覺得，這裏的多孔矽納米材料，體積好像有些變化？”
其實以圖像的精度來看，這種變化並不是太容易被發覺，隻是寧晨對於這種多孔矽納米材料非常的熟悉，因而才會敏銳的察覺到這種變化。
接下來的時間裏，徐洲和寧晨繼續研究著解決這個問題的具體方案。
最終的成績，也證明了寧晨真的具有這樣的成績。
這代表著寧晨僅用了幾乎不到兩年的時間，就修完了材料和數學的本科雙學位。
“怎麽樣，看出原因了嗎？”
首先，多孔納米矽-金屬負極材料的實驗還需要繼續進行，他們要找到最適合與多孔矽進行搭配的金屬物質。
比如說，是選擇添加石墨，碳納米管，還是中間相碳微球。
而因為寧晨在這兩個領域，都已經做出了非常優秀的成果，不需要再另外進行畢業設計，畢業答辯也隻是走走過場就可以了。
因為電解液會與電極材料不斷的進行反應，這些反應生成的物質，就會慢慢在電極材料附近進行積累，形成一層鈍化層。
“不對……多孔矽納米材料的體積，相比之前好像有了比較明顯的變化。或許，這才是造成這個現象出現的根本原因。”
“沒錯，確實是負極材料表麵的鈍化層。可是這為什麽會對鋰電池循環容量造成如此急劇的影響呢？”
這種鈍化層會對電極材料的性能產生一些影響，這些影響有好有壞，其中的一種負麵影響，就是會降低電極材料的充放電效率，特別是對負極材料的影響更為明顯。
證明工作進行到這裏，寧晨也知道，距離自己徹底解決秋成同猜想，也隻有一步之遙了。
寒假開始之後，寧晨沒有馬上回家，而是暫時留在學校，繼續進行著有關矽基負極材料的實驗。
這其中，最令大家滿意的，是一種多孔納米矽-銀-碳的複合材料。
……
添加的碳層要多厚，才能夠在保護多孔納米矽的同時，也不會影響到電池的容量。
其實在鋰電池充放電的過程中，形成這種鈍化層是非常正常的事情。
“是的，我到那之後，老師就安排我進行實驗了。”
找到了實驗現象的原因後，寧晨和徐洲都陷入了沉默之中，各自思考起解決這個問題的方法。
碳材料具有良好的導電性、體積變化小、適當的嵌鋰能力等優點，非常適合與矽基複合材料進行結合。
<divss="contentadv">寧晨不禁在心中感歎，徐洲在材料領域上的確很有自己獨到的想法，很多地方都值得寧晨去學習。
“沒錯，剛剛我也有這樣的感覺。這麽說來，很可能是因為在負極材料表麵生成的鈍化層，對多孔矽納米材料起到了壓迫作用。這種壓迫作用正常隻會緩慢的降低負極材料的循環性能，但隨著這種作用的不斷積累，就有可能對多孔矽納米材料產生結構性的破壞。”
經過大量的測試，這種材料表現出了較高的首次可逆容量，在多次循環後，可逆容量依然維持在一個較高的水平上。
矽和碳的複合物，要通過什麽樣的方法進行合成，等等。
其次，在材料外層添加碳層的思路上，他們也要進行大量的實驗工作。
寧晨剩下需要做的，就是完成畢業設計和畢業答辯了。
現在的實驗已經進入到了收尾階段，經過不斷的測試，大家找到了幾種有潛力進入到應用階段的矽基鋰電池負極材料。
隋楓則是在一旁等待著，反正隋楓也知道，這種級別的問題，肯定不是自己能夠解決的。
其實這對於寧晨來說這並不算什麽，因為很多考試科目的知識自己早就學完了，並不需要寧晨在上麵投入太大的精力。
聽到徐洲的方案，寧晨也不禁用力的點了點頭。
到了學期期末，為了早一些拿到本科學位證和畢業證，寧晨連續完成了三十多個科目的期末考試。
不過在寧晨的不斷堅持下，學校還是同意了寧晨的請求。
隋楓去的時候，正好趕上檢測中心老師休息的時間，不過因為徐洲的電話，檢測中心還是非常爽快的幫隋楓安排了實驗。
這聽起來是項不可思議的事情，學校一開始也跟寧晨再三確認，是否真的要在一學期就考這麽多的科目。
“是的，多孔矽納米材料相比於常規的碳負極材料，各項物理性質還是要脆弱一些。即便加入了金屬物質，這種情況並沒有徹底的被解決。”
“嗯，大概是因為在負極材料表麵生成的鈍化層。具體的還是看掃描電鏡的圖像吧。”
經過改良之後的負極材料，在電池壽命上有了明顯的提升，同時在經曆多次充放電循環之後，也不會再出現可逆容量明顯下降的情況了。
……
不僅每一科都順利的通過，而且絕大部分科目的成績都達到滿分或是接近滿分，這讓老師們都感到驚歎不已。
說著，隋楓將剛剛做完的掃描電鏡圖像找了出來，給寧晨和徐洲看了過去。
這個時候，寧晨突然想到了什麽，繼續查看起隋楓做的這些掃描電鏡圖像。
而在這期間，寧晨也完成了有關秋成同猜想第二階段的證明工作，並將其整理成論文，再次投遞到了《米國數學會雜誌》。
這個時候，徐洲似乎又想到了什麽主意，對寧晨說道：
“我們可以這樣嚐試一下。在矽和金屬的複合材料外層，再加入一層較薄的碳結構。這種碳結構可以阻止電解液和多孔矽納米材料的直接接觸，同時對電池的能量密度也不會有明顯的影響。”
想到這，寧晨說道：
時間一天天過去，徐洲、寧晨、隋楓等人一起進行了大量的實驗，在經曆了無數次失敗的同時，也收獲了很多非常有價值的實驗現象和實驗結論。
每一科的考試，寧晨也都會在考試開始後半個小時左右，就完成作答並提前交卷，就像走馬觀花一般輕鬆。
但這種影響往往是比較緩慢的，並不會對鋰電池的性能造成斷崖式的影響。
看到掃描電鏡的圖像，寧晨和徐洲也都看出了圖像中的物質是什麽。
徐洲、寧晨等人一起討論了幾天，才將實驗方案確定了下來。
經過一番分析，徐洲找到了出現這個現象可能的機理，寧晨聽完也對此表示著讚同。
而因為碳層的保護作用，多孔矽納米粒子並不會受到電解液的影響，即便是500次循環之後，電池的可逆容量也沒有再出現急劇下滑的情況。
金屬銀的加入，雖然讓鋰電池的成本提升了一些，但仍然在可以接受的範圍內。
徐洲向許壽告知了實驗組的實驗進度，許壽得知實驗組已經有了這些突破之後，馬上表示會盡快飛往盛州，了解相關的實驗情況。