Глава 197 Это всего лишь ещё одна теория
Лаборатория на научном острове.
В кабинете Сяо И.
Перед Сяо И в это время стояли четыре человека.
Эти четверо были новыми сотрудниками их лаборатории.
Три постдока и один младший научный сотрудник.
В нашей группе всего несколько человек.
Сяо И посмотрел на четырёх людей, стоявших перед ним, и улыбнулся.
На лицах четырёх человек было заметно волнение, ведь возможность работать с Сяо И им раньше и представить себе не могли.
Представьтесь друг другу, чтобы узнать. Начнём с Тан Чуньмина.
Тан Чуньмин — их ассистент-исследователь, по званию преподаватель университета.
Он кивнул и начал представляться: — Меня зовут Тан Чуньмин. До этого я преподавал в Университете транспорта Сикиня, а во время учебы в магистратуре учился в Пекинском университете науки и техники. Потом решил, что там слишком холодно…
Все дружно рассмеялись. После представления Тан Чуньмина второй человек тоже представился.
Вот и Лю Сяодун.
После того как он оформил документы об уходе из университета в Шанхае, он сразу приехал сюда.
В последние дни он снял квартиру, сегодня официально присоединился к группе по проекту Сяо И.
Меня зовут Лю Сяодун. Раньше я был докторантом в Шанхайском институте финансов и экономики. Потом услышал, что на научном острове лаборатория начала набор персонала, и ушёл оттуда сюда...
Услышав самопредставление Лю Сяодуна, несколько человек удивились.
Докторант Шанхайского института финансов и экономики получает неплохие условия и проживает в Шанхае. Почему бы ему не остаться там?
Мм… хотя они сами приехали сюда.
Лю Сяодун, кстати, ничего не говорил о своих чувствах во время отставки. Рассказать их было бы похоже на выпрашивание сочувствия.
Ему это не нужно, а свою благодарность Сяо И он уже выразил ему несколько дней назад, когда приезжал в лабораторию на научном острове.
После этого ещё две постдокторантки тоже представились.
Один из них, Мэн Хао, приехал из университета в Цзиньлин. А другая, Чэнь Тао — редкий случай для технических наук: женщина-постдоктор, которая сама училась в университете науки и технологий, а теперь перешла в лабораторию на научном острове.
Хорошо.
Увидев, как они представились, Сяо И подошёл к ним и сказал:
— Теперь я представлю вам наше исследование.
Четверо сразу же прислушались к серьезным выражениям.
Что касается темы исследования Сяо И, то он давно хотел узнать, что это именно такое.
Как известно, темы исследований Сяо И всегда серьёзны, будь то математика или любая другая область.
Только его предыдущее исследование сверхпроводников при высоких температурах уже оценивалось на уровне Нобелевской премии.
Сяо И улыбнулся и сказал:
— Наш проект — это твердотельные литиевые аккумуляторы.
Внезапно все четверо широко раскрыли глаза.
Твердотельные литиевые аккумуляторы?
Для исследователей материалов это практически общеизвестно.
В области материалов это настоящее хитом, и как только его удастся коммерциализировать, он принесёт огромную экономическую выгоду.
Не ожидал, что Сяо И обратит свой взгляд на этот проект.
— Моя цель — прямое воплощение литий-серных твердотельных аккумуляторов.
Четверо находились в шоке.
Твердотельные литиевые и литий-серные аккумуляторы — это два разных типа аккумуляторов и два разных направления исследований.
Твердотельные литиевые аккумуляторы решают проблему твердого электролита, а литий-серные – проблему серных электродов. Ведь сера сама по себе является диэлектриком, поэтому выбор в этой области представляет собой технический вызов.
Но это ещё не всё.
Сяо И продолжил: “Кроме того, раз мы собираемся изучать это, то наша цель должна быть направлена на коммерческое применение. Конечно, сразу добиться всего невозможно, поэтому давайте сначала поставим себе небольшую задачу — разобраться с твердым электролитом.”
Четверо молчали.
Эти слова звучали так... словно...
... разбит?
Неважно, литий-серебряные или твердотельные аккумуляторы — до коммерциализации им еще очень далеко.
Коммерциализация означает возможность массового производства по низкой цене, но в настоящее время все используемые – это лабораторные образцы, изготовленные на заказ.
В результате всё стало хорошо, Сяо Шэнь пришёл с требованием о коммерциализации. Потом он будто бы осознал ситуацию и сказал, что не стоит торопиться, но затем поставленная им маленькая цель привела их в отчаяние.
Это и есть тема исследования Сяо И?
Действительно мощно!
Но сейчас они бы очень хотели спросить: ещё успеем уйти?
Примерно так же, как сейчас в сердце Лю Сяодуна дрожит мысль:
— Пусть лучше я умру вместе с ним.
Цель нашего проекта такова.
Сяо И посмотрел на лица этих четырёх людей, которые уже были ошеломлены, и слегка улыбнулся, сказав: — Конечно, вам не стоит беспокоиться. Что касается твердых электролитов, у меня уже есть определённые успехи. Вот, посмотрите сначала эти несколько отчётов по экспериментам.
Затем он взял с соседнего письменного стола несколько отчетов о проведении экспериментов и передал их четырем людям.
Он, конечно же, знал, что эта тема для этих людей непростая, и не собирался просто своим именем заставить их поверить в успех своей работы.
Это ничем не отличается от рисования красивых картинок.
Результаты говорят сами за себя; они убедительны.
Четверо замерли, не ожидая, что Сяо И ещё и подготовил данные.
Они взяли эти несколько страниц с экспериментальными данными и приступили к их изучению.
Тогда на лицах всех сразу появилось выражение удивления.
Это вид нанопористых углеродных материалов? Такой показатель качества?
После анализа BET удельная поверхность достигает 1200 м²/г, а распределение пор находится в диапазоне от 3 до 28 нм. Удивительно.
А еще у него такие симметричные пики окисления-восстановления, с током плотности 1,5 мА/см² и 1,4 мА/см²... намного лучше, чем я видел в своих предыдущих работах.
Сопротивление переносa заряда 25 Ом, емкость при токе плотности 1 С — 2300 мАч/г, и ещё...
Глядя на все эти данные в отчёте, они невольно опешили.
Каждый показатель свидетельствовал об исключительных свойствах этого нанопористого углерода.
В таком контексте, применяя твердотельные электролиты, эти характеристики были высшего класса.
Как же это было сделано!
Внезапно все четверо обратили свои взоры к Сяо И, на лицах их отразилось любопытство.
Ничего особенного, просто доработал шаблоны и методы оживления, чтобы их можно было использовать вместе.
Сяо И махнул рукой и сказал:
Существует множество способов приготовления углеродных наноструктурированных материалов, включая метод шаблонов, метод активизации и прямой метод карбонизации.
Среди них методы шаблонного подхода и активизации считаются наиболее распространенными.
Его исследования сводятся к объединению этих двух методов.
Но услышав его безразличный тон, Лю Сяодун и еще трое не знали, что ответить.
Объединить эти два метода — так просто?
Но вне зависимости от всего остального, этот углеродно-нанопористый материал все же внушил им определенную уверенность в отношении этой темы.
Ведь только сам анализ этого материала, опубликованный в журнале, вполне мог бы попасть на страницы журнала «Nature Materials».
Конечно же, вопрос в том, захочет ли Сяо И публиковать в журнале «Nature Materials». Ведь учитывая то, как Сяо И ранее публично критиковал журнал «Nature», этот вариант маловероятен.
Конечно, Сяо И не ограничивал их в публикации в «Nature», ведь для него это не имело особого значения. А для других учёных публикация в «Nature» или его дочерних изданиях — значимое достижение.
Профессор Сяо, что будет дальше?
Тан Чуньмин в это время положил отложенный доклад и спросил.
Ещё трое тоже приняли выражение серьёзного внимания.
Сяо И сказал:
— Следующим шагом будет продолжение оптимизации этого материала — наноразмерных углеродных пористых, а также мы должны попытаться модифицировать и оптимизировать наш целевой твердый электролит.
— Я планирую изучать твердый электролит литий-фосфат-сульфур-хлорид. Это также самый перспективный на данный момент твердый электролит в академических кругах, который может быть реализован в коммерческом производстве. Думаю, вы с этим уже знакомы.
— Несмотря на то, что интерфейс оснащен вспомогательным материалом из углеродных пористых наноструктур, способным в определенной степени повысить характеристики литий-фосфат-сульфур-хлоридного интерфейса, остаются проблемы. Его interfacial resistance всё ещё достаточно высок, а ионная проводимость также остается сравнительно низкой. Поэтому нам нужно найти способы модификации, которые могли бы снизить его interfacial resistance.
— В данном случае вам сначала потребуется провести несколько экспериментов по модификации с добавкой LiI, LiN и других высокопроводящих ионов.
— Кроме того, касательно исследований серых электродов, мне нужно, чтобы вы провели несколько электрохимических экспериментов с разными типами серых электродов.
— Эксперименты с углеродными нанопористыми материалами поручу Лю Сяодуну. Он специализируется на наноматериалах, и я уверен, что у него есть определённый опыт в этой области.
Лю Сяодун немедленно кивнул:
— Хорошо, профессор!
Он действительно специализируется на наноматериалах. Увидев превосходные характеристики нового углеродного многопористого материала, он не смог удержаться от желания его изучить. Теперь Сяо И поручил ему эту задачу.
— Затем — эксперименты по модификации твердого электролита. С этим, пожалуйста, займитесь, Тан Чуньмин и Чэнь Тао.
Они оба кивнули.
Последний эксперимент с сернистым электродом, естественно, поручили Мэн Хао.
Распределение задач у Сяо И соответствовало основным направлениям их предыдущих исследований, поэтому ему не было трудно.
А с распределением задач эксперименты официально начались.
Задачи, возложенные на Сяо И, естественно, заключались в анализе и исследовании результатов экспериментов, а затем — использовании его знаний о материалах для проведения непрерывных моделирований.
Это также заставило Сяо И невольно подумать: иметь подчинённых, конечно, куда удобнее.
В противном случае, если бы ему самому пришлось делать столько экспериментов, не дай бог, сколько времени это заняло бы.
А Лю Сяодун со своей командой из четырёх человек также оказался весьма энергичным. Получив задание, они сразу приступили к экспериментам.
Возможно, это было связано с их уверенностью в данном проекте, а может быть, просто нетерпением попробовать эти совершенно новые и высококачественные приборы.
Так и прошли полтора месяца.
— Эм… У углеродных нанопористых материалов уже нет возможности дальнейшей оптимизации?
Глядя на отчет эксперимента, выполненный Лю Сяодуном, о некоторых дальнейших экспериментах с углеродными нанопористыми материалами, Сяо И потрогал подбородок. В своей области знаний материалов он никогда через различные симуляции не находил возможности для дальнейшей оптимизации.
— Возможно, этот материал достиг своего предела, или же в теории ему ещё немного не хватает.
Сяо И покачала головой.
Конечно, по нынешнему состоянию углеродных нанопористых материалов они уже очень хороши. Независимо от ионной проводимости, межфазного сопротивления и подавляющего эффекта на рост литиевых дендритов все это достигло очень высокого уровня.
Тогда оставьте этот материал как есть.
Затем идёт серый электрод. Действительно, использование только чистого серы в качестве электрода совершенно неприемлемо.
А вот карбонат свинца как катод — очень перспективный вариант.
Тогда давай сразу попробуем карбонат свинца в качестве анода.
С развитием наших возможностей по работе с материалами мы погружаемся в микромир образцов электродов из сера.
Для этого величественного и прекрасного микромира Сяо И к настоящему времени уже привык, не испытывая излишнего удивления. Он сразу приступил к моделированию изменения внутренней структуры в соответствии со своими мыслями.
Литий-серные аккумуляторы не относятся к CS2, а скорее к S-C композитным материалам. Они способны повысить электропроводность и удельное использование серы, одновременно эффективно подавляя миграцию полисульфидов. В литий-серных аккумуляторах они остаются предметом интенсивного исследования.
Однако, после ряда симуляций, Сяо всё равно чувствовал нехватку чего-то.
— После многократных циклов качество таких электродов неизбежно ухудшается, и они перестают быть эффективными.
— После многократных полных циклов зарядки и разрядки электроды из-за постепенного изменения свойств теряют свою эффективность, что приводит к уменьшению емкости аккумулятора.
— Как и с батареями мобильных телефонов, со временем из-за длительного использования их производительность снижается. Это проявляется в том, что телефон может разряжаться на 10% всего за 10 минут.
— Поэтому обеспечение того, чтобы характеристики электродов не снижались слишком быстро, также является важной задачей. Это ставит очень высокие требования к дизайну материалов для электродов.
Сяо И задумался, в его сердце внезапно возникла мысль.
— А что если добавить немного элемента N? Использовать полимерные материалы и провести процесс сульфирования?
В голове у Сяо И всплыли различные типы полимеров с содержанием азота, и в конце концов ему пришло на ум название одного материала:
— Сульфированный полиакрилонитрил!.
Его глаза заблестели.
С его мыслью S-C композиционный материал попал в поле зрения исследователя, который также смоделировал его как сульфированный полиакрилонитрил.
Вскоре его превосходные характеристики привлекли внимание Сяо И.
Более высокая удельная активность материала, почти 100%-я кулоновская эффективность, превосходная обратимость и циклическая стабильность...
Этот новый материал на основе углерода сразу же привлек его внимание.
Вместе с тем, по мере постоянной оптимизации он всё больше демонстрировал превосходные характеристики.
И в конце концов он вновь добился успеха, определив структуру полиакрилонитрила с сульфидом, которую он считал самой совершенной.
Вскоре он вышел из зоны контроля над материалом, записал все важные моменты об акрилонитриле с сульфидом и отправил их Мэн Хао, ответственному за композитные материалы С-К.
Следующим вопросом стала задача синтеза полиакрилонитрила с сульфидом в данной структуре.
Но для Сяо И, обладающего контролем над материалами, достаточно было просто проводить эксперименты, и в конечном итоге он найдёт правильный способ синтеза.
Таким образом, две из трёх ключевых технологий – карбонанопористые материалы и проблема серых электродов – были практически решены.
Последней проблемой оставалась...
— ...модификация интерфейса литий-фосфор-серебро-хлор.
Сяо И прищурился.
Он взглянул на экспериментальные отчеты Тан Чуньмина и Чэнь Тао, но результаты этих экспериментов оказались далеки от идеальных.
Даже при использовании материала «мастерство» у него возникало ощущение беспомощности.
Он думал, что независимо от того, сравнивать ли его с нанопористыми материалами или серными электродами, твердый электролит по сложности превосходит их.
Это связано с несколькими сложными областями: механизмом ионной проводимости, синтезом материалов, инженерным дизайном интерфейсов и др., что требует комплексного междисциплинарного исследования и многогранной оптимизации.
Сяо И закрыл глаза, начиная в голове суммировать все связанные знания.
Через несколько минут он снова открыл глаза.
Раз уж мы добрались до этого, то остается только выработать теорию.
Давайте попробуем!