第三百零二章 技术难关

    一周后，江城大学正式对外宣布，成立锂空气电池研究团队，庞学林担任组长，柯顿·沃克担任副组长。
    与此同时，新凯材料科技有限公司宣布，为锂空气团队提供一亿rmb的资金支持。
    此外，庞学林将自己在滨江的那栋别墅拿去做抵押，从银行弄到了五千万的低息贷款。
    算是凑够了一亿五千万rmb的经费。
    接下来，庞学林他们要做的，就是在实验室内，制造出一个锂空气电池的原型产品。
    此时，江城大学化学与分子工程学院会议室内，除了庞学林和柯顿·沃克外，还有六七位分别从材料工程学院以及化学与分子工程学院调来的学者。
    这些人基本上都是经过学校推荐，经过庞学林和柯顿·沃克联合面试，得到两人认可，加入到锂空气电池项目中来的。
    外界对于锂空气电池项目组并不看好。
    这段时间，庞学林和田宏关于锂空气电池的赌约也传到了国外。
    外媒嘲讽说，庞学林和柯顿·沃克的举动，不过是又一场技术骗局。
    甚至有不少锂电池领域的知名学者，也站出来说锂空气电池虽然前景良好，但目前的研究都还相当初级，还有很多科学与工程领域的挑战需要解决，想要真正进入实用化，至少需要十年以上的时间。
    庞学林之所以和田宏打赌，半年内搞出锂空气电池，不过是碍于面子的意气之争。
    但是这些加入到锂空气电池团队中的学者，却并没有受到太多舆论的影响，反而对接下来的研究跃跃欲试。
    过去一周的接触，庞学林透露出的一些技术路线，已经让他们意识到，庞学林和柯顿·沃克在锂空气电池领域的尝试，并非什么天方夜谭，而是真有实现的可能。
    而且庞学林主投的那一亿五千万的经费，也让他们对接下来的研究计划充满了信心。
    庞学林坐在会议室的上首，看着众人，微微一笑，说道：“锂空气电池项目全体成员第一次会议，现在开始。今天我们将就锂空气电池的具体实现路线以及项目分工，做一个详细的任务分配方案。”
    庞学林顿了顿，继续道：“随着科技的发展，能源紧缺日益成为急切需要解决的问题。于是人们开始越来越关注具有高储能的环保电池，电池的研究从nimh发展到现在的锂二次电池。锂二次电池体积比、能量比、质量比都较高，没有cdni烧结式电池的记忆效应，不存在电池容量丢失问题，电池内不含铅、镉、汞等有害物质，被称为绿色电池。因此，锂二次电池以其高的能量密度、长循环寿命、绿色无污染等明显优势，成为当今世界的研究热点。”
    “而锂空气电池，在锂二次电池中，都属于最先进的存在。但是，锂空气电池还存在着以下几点问题。”
    “第一，就是锂晶枝问题。众所周知，锂空气电池一般采用锂金属作为负极材料，金属锂在充电的时候，由于锂电极表面的不平均，造成锂电池表面电信号分布不均匀，引起锂不均匀沉积。该不均匀沉积过程致使锂在一些部位沉积过快，产生树枝一样的结晶，即锂晶枝现象。当锂晶枝发展到一定程度后，会产生两种后果，一种是晶枝发生折断，产生死锂现象，造成锂的不可逆；另一种后果更严重，晶枝穿过隔膜，将正极与负极连接起来，形成电池短路，结果产生大电流，生成大量的热，温度急剧升高导致电池着火，甚至发生爆炸，从而产生严重的安全问题。”
    “第二，水分以及空气中的氮气控制问题。锂空电池是一个开放体系，这是和锂离子电池不一样的，锂空要用空气中的氧，而空气中含有氮气和水蒸汽，锂会与这两者反应。既要透氧又要防氮防水，这是一个很难解决的问题。”
    “第三，固体反应产物堆积问题。由于在锂空气电池在正极上使用空气中的氧作为活性物质，理论上正极的容量密度是无限的，可加大容量。另外，如果负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。但是，固体反应生成物氧化锂（li2o）会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停止。”
    “第四，氧气的催化还原。氧的反应速度非常慢，要提高氧的反应活性必须采用高效的催化剂，现在的催化剂都是贵金属，因此，必须发展高效廉价的催化剂，而这也一直是制约燃料电池发展的短板。”
    “这四个问题，将会是我们未来半年内亟需解决的难题。”
    “目前，关于这几个问题，我们主要有以下几个思路。”
    “第一，锂晶枝问题。目前国际上关于锂晶枝问题，主要有两种解决方案，第一种，将重质碳酸镁（三氟甲磺酰基）用作电解液添加剂，使沉积的镁与随后积聚的锂发生合金化反应。第二种，就是使用3d聚二甲基硅氧烷（pdms）层或硅树脂层用作锂金属阳极的基材，缓解锂晶枝的生成。但这两种方案，都或多或少存在一定的问题。所以，我考虑，让大尺寸单层石墨烯薄膜覆盖在锂金属表面，从而抑制锂晶枝的生成。至于如何让石墨烯薄膜覆盖在锂金属表面，这个问题就交给叶兴民教授和霍子谦教授所在的联合团队解决了！”
    “庞教授，放心好了，我们保证完成任务。”
    叶兴民和霍子谦均点头答应了下来。
    这两位都来自材料工程学院，叶兴民去年就加入庞学林的研究小组，在实验室制备高纯度单壁碳纳米管的过程中发回了重要作用。
    后来又被庞学林调到飞刃材料项目组，职级也由之前的副教授升级为教授。
    目前飞刃材料项目进展顺利，庞学林干脆把叶兴民弄到锂空气电池项目组。
    叶兴民与庞学林的合作时间最长，之前早已领教过庞学林的学术水平，因此，在座的众人中，就叶兴民对庞学林的信心最足。
    至于霍子谦，他是石墨烯材料领域的专家，庞学林提出的大尺寸单层石墨烯材料制备与工业化生产方案，早已让他叹为观止。
    这一次庞学林邀请他加入锂空气电池项目组，他也欣然答应。
    庞学林微微一笑，拿起桌上的茶杯轻轻喝了一口，继续道：“第二个问题，水分以及空气中氮气控制问题，这个问题，与固体氧化锂反应产物堆积问题要放在一起解决。经过我和沃顿教授的讨论后，有以下方案：负极用电解液组合使用的是含有锂盐的有机电解液。虽然不能弃用有机溶媒，但却限定了使用方法。正极用水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与微细化后的碳和低价氧化物催化剂形成的正极组合。在锂空气电池中，由于放电反应生成的并非是固体的氧化锂，而是容易溶解在水性电解液中的lioh（氢氧化锂）。氧化锂在空气电极堆积后，不会导致工作停止。水及氮等也不会穿过固体电解质的隔壁，因此不存在与负极的锂金属发生反应的危险。而且，在充电时，如果配置充电专用的正极，还可防止充导电致空气电极的腐蚀和老化。”
    “现在唯一的问题就是，如何让负极中，含有锂盐的有机电解液与正极所使用的的水性电解液互不干涉，和谐相处，同时还要保证锂离子在这两种电解液中正常穿梭。我们的办法和之前一样，同样采用大尺寸的单层石墨烯材料，作为两种电解液之间的屏蔽层。而且我已经计算过了，石墨烯的六元碳环，刚好可以让锂离子从这一通道中穿梭过去，只要我们在实验中验证这一点，那么锂空气电池中，最大的技术难题就算解决了。”
    “因此，这个问题，将由柯顿·沃克教授和何文彦教授负责解决。”
    庞学林话音落下，除了早已知道内情的柯顿·沃克外，其他人脸上均流露出惊讶之色。
    甚至那几位第一次与庞学林合作，来自化学与分子工程学院的教授，脸上一个个露出恍然大悟的表情。
    难怪庞学林敢和田宏打这个赌，原来关键点竟然在这里。
    之前庞学林和他们聊的时候，虽然透露了部分信息，但远远没有这一次来得详细。
    他们没想到，庞学林和柯顿已经有了解决锂空气电池中氮、水反应以及固体生成物堆积问题的完整思路，甚至连具体实现方案都有了。
    不过他们也不会到处乱说，加入项目组的这几位主要成员，都是签署了保密协议的，违约金更是高的惊人。
    没人会拿自己的前途开玩笑。
    这时，化学与分子工程学院一名叫做邱奇伟的教授赞叹道：“沃克教授，难怪庞教授愿意投资您的项目，原来您竟然有了这么巧妙的解决方案。”
    柯顿·沃克苦笑得摇了摇头，说道：“邱教授，您夸错人了，这个方案的设计者，可并不是我。当初我找到庞教授的时候，只是觉得石墨烯材料有一定的潜力可以应用于锂空气电池领域，但具体如何实现，我还是两眼一抹黑。这个方案，是庞学林教授提出来的，甚至之前的理论计算，也都是庞学林教授独立完成的，我们接下来要做的，就是将庞学林教授的想法重复出来罢了。”
    柯顿·沃克的话音落下，在座的众人不由得一个个面面相觑，目瞪口呆。
    也就与庞学林接触时间最久的叶兴民，反应稍稍平淡一些。
    这向来就是庞教授的常规操作啊。
    一旁的何文彦惊叹道：“庞教授，你在锂空气电池领域还有研究？”
    庞学林淡淡笑道：“关于锂空气电池，其实沃克教授不找我，我之前也已经有一些想法了，只是沃克教授找到我，说利用大尺寸的单层石墨烯作为正负极之间的半透膜，与我的想法不约而同，所以我才把沃克找过来的。研究嘛，倒是有一点，但都是一些不成熟的想法。我之前研究数学猜想，不顺利或者没思路的时候，我就会看些杂七杂八的论文，之前我看过一篇锂空气电池的综述，觉得这种电池挺有搞头的。所以就把之前一些乱七八糟的想法集合起来，让大家见笑了。”
    何文彦面色古怪地看着庞学林。
    他和庞学林接触不多，对这位年轻天才的了解，仅限于旁人的夸赞以及新闻中的报道。
    之前庞学林跨行搞碳纳米材料，不久前又弄出了人工智能moss，这些已经很惊人了。
    没想到对方竟然在锂空气电池领域，也有如此深的造诣。
    其他人脸上的表情也和何文彦差不多，与庞学林接触一周以来，他们均有种首次认识庞教授的感觉。
    庞学林微笑道：“好了，接下来，我们说说第四个问题，如何提高氧气与锂金属的反应速度，一般情况下，我们都会使用贵金属作为催化剂，但是考虑到量产化以及未来的成本问题，我们需要找到一种相对廉价的金属催化剂。按照我之前的理论计算，我们可以考虑在金属簇状催化剂中选择，大家都知道，团簇的化学特征上表现出随团簇的原子或分子个数n的增大而产生奇偶振荡性和幻数特征。金属簇在不同n值时反应速率常数的差别可达10^3。关于金属簇状催化剂的催化性能，一fe、co、ru的同核和异核簇合物做为催化剂在氧化还原反应中具备较高的活性和选择性。这个问题，就交给邱奇伟教授和许汀教授了！”
    邱奇伟和许汀闻言后，均点了点头，答应了下来。
    庞学林道：“关于锂空气电池的大概技术方案和路线，就是这些，大家还有什么问题吗？”
    这时，此前一直没有出声的许汀道：“庞教授，假如我们使用金属簇状催化剂，那么催化剂放在哪里比较合适。如果将它直接放在碱性的水溶性凝胶中，恐怕会引发氧化锂在其表面堆积，从而影响电解质的充电效果和使用寿命。”
    庞学林微微一笑，对这个问题早有准备，说道：“很简单，我们可以将其直接固定在利用石墨制成的空气电极材料上，这样一来，非但不会对电解质造成影响，而且还可以通过定期更换正极材料，解决固体反应物堆积问题！”
    许汀点了点头道：“庞教授，我明白了。”
    “好了，大家还有什么问题吗？”
    庞学林环顾四周。
    众人纷纷对视一眼，相继说道：“没了！”
    “没什么问题了。”
    “我觉得现在的方案已经很完美了，接下来就看实验效果怎么样，等实验中再出现问题，我们到时候可以再商量解决。”
    庞学林点头道：“好，既然如此，那大家就散了吧，接下来正式开始进入项目流程！”
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