第三百零二章 技術難關

　　一周后，江城大學正式對外宣布，成立鋰空氣電池研究團隊，龐學林擔任組長，柯頓·沃克擔任副組長。

　　與此同時，新凱材料科技有限公司宣布，為鋰空氣團隊提供一億RMB的資金支持。

　　此外，龐學林將自己在濱江的那棟別墅拿去做抵押，從銀行弄到了五千萬的低息貸款。

　　算是湊夠了一億五千萬RMB的經費。

　　接下來，龐學林他們要做的，就是在實驗室內，制造出一個鋰空氣電池的原型產品。

　　此時，江城大學化學與分子工程學院會議室內，除了龐學林和柯頓·沃克外，還有六七位分別從材料工程學院以及化學與分子工程學院調來的學者。

　　這些人基本上都是經過學校推薦，經過龐學林和柯頓·沃克聯合面試，得到兩人認可，加入到鋰空氣電池項目中來的。

　　外界對于鋰空氣電池項目組并不看好。

　　這段時間，龐學林和田宏關于鋰空氣電池的賭約也傳到了國外。

　　外媒嘲諷說，龐學林和柯頓·沃克的舉動，不過是又一場技術騙局。

　　甚至有不少鋰電池領域的知名學者，也站出來說鋰空氣電池雖然前景良好，但目前的研究都還相當初級，還有很多科學與工程領域的挑戰需要解決，想要真正進入實用化，至少需要十年以上的時間。

　　龐學林之所以和田宏打賭，半年內搞出鋰空氣電池，不過是礙于面子的意氣之爭。

　　但是這些加入到鋰空氣電池團隊中的學者，卻并沒有受到太多輿論的影響，反而對接下來的研究躍躍欲試。

　　過去一周的接觸，龐學林透露出的一些技術路線，已經讓他們意識到，龐學林和柯頓·沃克在鋰空氣電池領域的嘗試，并非什么天方夜譚，而是真有實現的可能。

　　而且龐學林主投的那一億五千萬的經費，也讓他們對接下來的研究計劃充滿了信心。

　　龐學林坐在會議室的上首，看著眾人，微微一笑，說道：“鋰空氣電池項目全體成員第一次會議，現在開始。今天我們將就鋰空氣電池的具體實現路線以及項目分工，做一個詳細的任務分配方案。”

　　龐學林頓了頓，繼續道：“隨著科技的發展，能源緊缺日益成為急切需要解決的問題。于是人們開始越來越關注具有高儲能的環保電池，電池的研究從NiMH發展到現在的鋰二次電池。鋰二次電池體積比、能量比、質量比都較高，沒有CdNi燒結式電池的記憶效應，不存在電池容量丟失問題，電池內不含鉛、鎘、汞等有害物質，被稱為綠色電池。因此，鋰二次電池以其高的能量密度、長循環壽命、綠色無污染等明顯優勢，成為當今世界的研究熱點。”

　　“而鋰空氣電池，在鋰二次電池中，都屬于最先進的存在。但是，鋰空氣電池還存在著以下幾點問題。”

　　“第一，就是鋰晶枝問題。眾所周知，鋰空氣電池一般采用鋰金屬作為負極材料，金屬鋰在充電的時候，由于鋰電極表面的不平均，造成鋰電池表面電信號分布不均勻，引起鋰不均勻沉積。該不均勻沉積過程致使鋰在一些部位沉積過快，產生樹枝一樣的結晶，即鋰晶枝現象。當鋰晶枝發展到一定程度后，會產生兩種后果，一種是晶枝發生折斷，產生死鋰現象，造成鋰的不可逆；另一種后果更嚴重，晶枝穿過隔膜，將正極與負極連接起來，形成電池短路，結果產生大電流，生成大量的熱，溫度急劇升高導致電池著火，甚至發生爆炸，從而產生嚴重的安全問題。”

　　“第二，水分以及空氣中的氮氣控制問題。鋰空電池是一個開放體系，這是和鋰離子電池不一樣的，鋰空要用空氣中的氧，而空氣中含有氮氣和水蒸汽，鋰會與這兩者反應。既要透氧又要防氮防水，這是一個很難解決的問題。”

　　“第三，固體反應產物堆積問題。由于在鋰空氣電池在正極上使用空氣中的氧作為活性物質，理論上正極的容量密度是無限的，可加大容量。另外，如果負極使用金屬鋰，理論容量會比鋰離子充電電池提高一位數。但是，固體反應生成物氧化鋰（Li2O）會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導致放電停止。”

　　“第四，氧氣的催化還原。氧的反應速度非常慢，要提高氧的反應活性必須采用高效的催化劑，現在的催化劑都是貴金屬，因此，必須發展高效廉價的催化劑，而這也一直是制約燃料電池發展的短板。”

　　“這四個問題，將會是我們未來半年內亟需解決的難題。”

　　“目前，關于這幾個問題，我們主要有以下幾個思路。”

　　“第一，鋰晶枝問題。目前國際上關于鋰晶枝問題，主要有兩種解決方案，第一種，將重質碳酸鎂（三氟甲磺酰基）用作電解液添加劑，使沉積的鎂與隨后積聚的鋰發生合金化反應。第二種，就是使用3D聚二甲基硅氧烷（PDMS）層或硅樹脂層用作鋰金屬陽極的基材，緩解鋰晶枝的生成。但這兩種方案，都或多或少存在一定的問題。所以，我考慮，讓大尺寸單層石墨烯薄膜覆蓋在鋰金屬表面，從而抑制鋰晶枝的生成。至于如何讓石墨烯薄膜覆蓋在鋰金屬表面，這個問題就交給葉興民教授和霍子謙教授所在的聯合團隊解決了！”

　　“龐教授，放心好了，我們保證完成任務。”

　　葉興民和霍子謙均點頭答應了下來。

　　這兩位都來自材料工程學院，葉興民去年就加入龐學林的研究小組，在實驗室制備高純度單壁碳納米管的過程中發回了重要作用。

　　后來又被龐學林調到飛刃材料項目組，職級也由之前的副教授升級為教授。

　　目前飛刃材料項目進展順利，龐學林干脆把葉興民弄到鋰空氣電池項目組。

　　葉興民與龐學林的合作時間最長，之前早已領教過龐學林的學術水平，因此，在座的眾人中，就葉興民對龐學林的信心最足。

　　至于霍子謙，他是石墨烯材料領域的專家，龐學林提出的大尺寸單層石墨烯材料制備與工業化生產方案，早已讓他嘆為觀止。

　　這一次龐學林邀請他加入鋰空氣電池項目組，他也欣然答應。

　　龐學林微微一笑，拿起桌上的茶杯輕輕喝了一口，繼續道：“第二個問題，水分以及空氣中氮氣控制問題，這個問題，與固體氧化鋰反應產物堆積問題要放在一起解決。經過我和沃頓教授的討論后，有以下方案：負極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機電解液。雖然不能棄用有機溶媒，但卻限定了使用方法。正極用水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細化后的碳和低價氧化物催化劑形成的正極組合。在鋰空氣電池中，由于放電反應生成的并非是固體的氧化鋰，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH（氫氧化鋰）。氧化鋰在空氣電極堆積后，不會導致工作停止。水及氮等也不會穿過固體電解質的隔壁，因此不存在與負極的鋰金屬發生反應的危險。而且，在充電時，如果配置充電專用的正極，還可防止充導電致空氣電極的腐蝕和老化。”

　　“現在唯一的問題就是，如何讓負極中，含有鋰鹽的有機電解液與正極所使用的的水性電解液互不干涉，和諧相處，同時還要保證鋰離子在這兩種電解液中正常穿梭。我們的辦法和之前一樣，同樣采用大尺寸的單層石墨烯材料，作為兩種電解液之間的屏蔽層。而且我已經計算過了，石墨烯的六元碳環，剛好可以讓鋰離子從這一通道中穿梭過去，只要我們在實驗中驗證這一點，那么鋰空氣電池中，最大的技術難題就算解決了。”

　　“因此，這個問題，將由柯頓·沃克教授和何文彥教授負責解決。”

　　龐學林話音落下，除了早已知道內情的柯頓·沃克外，其他人臉上均流露出驚訝之色。

　　甚至那幾位第一次與龐學林合作，來自化學與分子工程學院的教授，臉上一個個露出恍然大悟的表情。

　　難怪龐學林敢和田宏打這個賭，原來關鍵點竟然在這里。

　　之前龐學林和他們聊的時候，雖然透露了部分信息，但遠遠沒有這一次來得詳細。

　　他們沒想到，龐學林和柯頓已經有了解決鋰空氣電池中氮、水反應以及固體生成物堆積問題的完整思路，甚至連具體實現方案都有了。

　　不過他們也不會到處亂說，加入項目組的這幾位主要成員，都是簽署了保密協議的，違約金更是高的驚人。

　　沒人會拿自己的前途開玩笑。

　　這時，化學與分子工程學院一名叫做邱奇偉的教授贊嘆道：“沃克教授，難怪龐教授愿意投資您的項目，原來您竟然有了這么巧妙的解決方案。”

　　柯頓·沃克苦笑得搖了搖頭，說道：“邱教授，您夸錯人了，這個方案的設計者，可并不是我。當初我找到龐教授的時候，只是覺得石墨烯材料有一定的潛力可以應用于鋰空氣電池領域，但具體如何實現，我還是兩眼一抹黑。這個方案，是龐學林教授提出來的，甚至之前的理論計算，也都是龐學林教授獨立完成的，我們接下來要做的，就是將龐學林教授的想法重復出來罷了。”

　　柯頓·沃克的話音落下，在座的眾人不由得一個個面面相覷，目瞪口呆。

　　也就與龐學林接觸時間最久的葉興民，反應稍稍平淡一些。

　　這向來就是龐教授的常規操作啊。

　　一旁的何文彥驚嘆道：“龐教授，你在鋰空氣電池領域還有研究？”

　　龐學林淡淡笑道：“關于鋰空氣電池，其實沃克教授不找我，我之前也已經有一些想法了，只是沃克教授找到我，說利用大尺寸的單層石墨烯作為正負極之間的半透膜，與我的想法不約而同，所以我才把沃克找過來的。研究嘛，倒是有一點，但都是一些不成熟的想法。我之前研究數學猜想，不順利或者沒思路的時候，我就會看些雜七雜八的論文，之前我看過一篇鋰空氣電池的綜述，覺得這種電池挺有搞頭的。所以就把之前一些亂七八糟的想法集合起來，讓大家見笑了。”

　　何文彥面色古怪地看著龐學林。

　　他和龐學林接觸不多，對這位年輕天才的了解，僅限于旁人的夸贊以及新聞中的報道。

　　之前龐學林跨行搞碳納米材料，不久前又弄出了人工智能MOSS，這些已經很驚人了。

　　沒想到對方竟然在鋰空氣電池領域，也有如此深的造詣。

　　其他人臉上的表情也和何文彥差不多，與龐學林接觸一周以來，他們均有種首次認識龐教授的感覺。

　　龐學林微笑道：“好了，接下來，我們說說第四個問題，如何提高氧氣與鋰金屬的反應速度，一般情況下，我們都會使用貴金屬作為催化劑，但是考慮到量產化以及未來的成本問題，我們需要找到一種相對廉價的金屬催化劑。按照我之前的理論計算，我們可以考慮在金屬簇狀催化劑中選擇，大家都知道，團簇的化學特征上表現出隨團簇的原子或分子個數n的增大而產生奇偶振蕩性和幻數特征。金屬簇在不同n值時反應速率常數的差別可達103。關于金屬簇狀催化劑的催化性能，一Fe、Co、Ru的同核和異核簇合物做為催化劑在氧化還原反應中具備較高的活性和選擇性。這個問題，就交給邱奇偉教授和許汀教授了！”

　　邱奇偉和許汀聞言后，均點了點頭，答應了下來。

　　龐學林道：“關于鋰空氣電池的大概技術方案和路線，就是這些，大家還有什么問題嗎？”

　　這時，此前一直沒有出聲的許汀道：“龐教授，假如我們使用金屬簇狀催化劑，那么催化劑放在哪里比較合適。如果將它直接放在堿性的水溶性凝膠中，恐怕會引發氧化鋰在其表面堆積，從而影響電解質的充電效果和使用壽命。”

　　龐學林微微一笑，對這個問題早有準備，說道：“很簡單，我們可以將其直接固定在利用石墨制成的空氣電極材料上，這樣一來，非但不會對電解質造成影響，而且還可以通過定期更換正極材料，解決固體反應物堆積問題！”

　　許汀點了點頭道：“龐教授，我明白了。”

　　“好了，大家還有什么問題嗎？”

　　龐學林環顧四周。

　　眾人紛紛對視一眼，相繼說道：“沒了！”

　　“沒什么問題了。”

　　“我覺得現在的方案已經很完美了，接下來就看實驗效果怎么樣，等實驗中再出現問題，我們到時候可以再商量解決。”

　　龐學林點頭道：“好，既然如此，那大家就散了吧，接下來正式開始進入項目流程！”