用时8年，历经100屡次试验掉败后，孟颖团队终究乐成研发出全世界首个无负极钠固态电池。

于此以前，钠电池、固态电池以及无负极电池都已经经呈现，但没有人可以或许乐成地将这三种设法联合起来。这类新型电池布局不变、保险性高，可轮回数百次，而且具有环保、低成本的长处，为将来电池技能的成长斥地了新的路径。

相干结果日前已经揭晓于Nature Energy。论文通信作者孟颖（Ying Shirley Meng）是美国芝加哥年夜学普利兹克份子项目学院份子项目传授；美国加州年夜学圣地亚哥分校（UCSD）玻士后研究员Jihyun Jang同为该论文的通信作者；UCSD玻士生Grayson Deysher为该论文的第一作者。

Nature Energy论文

孟颖专一在质料科学研究已经有26年，揭晓了300多篇科学论文，并拥有10多项专利。她告诉《中国科学报》：“论文以及专利都是副产物，造就出优异的学生天然会有好的研究结果。对于我而言，学生的发展与乐成，才是我连结科研热忱的最年夜动力。”

孟颖

2016年，正值电池技能蓬勃成长的阶段。其时还于UCSD纳米项目学院任副传授的孟颖，得到了美国国度科学基金会（NSF）的资助，开启了这项开创性课题，研究无负极钠固态电池。

如今广泛运用的锂离子电池，实在有一些固有短板，如资源稀缺，开采历程轻易形成情况污染等。这致使其出产以及运用受限，成本居高不下。比拟之下，钠资源越发富厚且成本低廉，无望实现更经济的电池解决方案，成了电池技能将来成长的主要标的目的。

然而，打造出与锂电池能量密度不异的钠电池绝非易事，需要降服质料以及技能方面的诸多应战。此中，寻觅合用在钠固态电池的负极是一个难以解决的问题。

“只管有很多偕行举行了多种负极质料的测验考试，但效果均不尽如人意。咱们就想到，假如能接纳无负极（anode-less）的观点，可能会是一种有用的解决方案。”孟颖说。

无负极电池具备重量轻、体积小以及成本低的长处。因为其电池布局只要一个金属正极，当电池充电时，金属离子从正极迁徙到集电器并沉积。于电池放电时，集电器会姑且充任负极的脚色，使其可以或许以与金属离子电池近似的体式格局放电。

然而，无负极电池的研举事点一样凸起，就是怎样实现电解质以及集电器之间的精良接触。使用液体电解质时，这凡是很是轻易，由于液体可以流动到遍地并润湿每一个外貌，可是固体电解质没法做到这一点。

为此，孟颖团队确立了4个要害设计准则：电化学不变的电解质、固体电解质以及集电器之间慎密而安稳的固-固界面接触、致密的固态电解质隔阂，和致密集电器。

无负极示用意以及能量密度计较

遵照这些设计准则寻觅合适的质料，是一项很是繁杂、耗时，且成本极为昂贵的研究事情。

“科研没有捷径。因为没有现成的固态电解质质料、正极质料以及隔阂，每个步调所需的质料都需要咱们本身建造，整个试验极具应战性。”孟颖说。

为了打造出电解质以及集电器之间具备完备界面毗连的全固态电池，研究团队于履历100屡次试验掉败后，开发了一种包抄电解质的集电器。他们接纳具备近似液体流动性的固体铝粉，取代传统金属铝箔构建集电器。于电池拆卸历程中，当铝粉沉积并笼罩电解质时，会于高压下致密化，从而造成一个固体集电器，它可以或许与电解质连结液体般的慎密接触。

此外，研究团队发明了一种电化学机能不变的固体电解质——硼氢化钠（NBH）。它可与颗粒状铝集电器实现近乎完善的接触。这也是研究团队可以或许乐成研发无负极钠固态电池的要害之一。

硼氢化钠形态评估

只管硼氢化钠很贵，每一50克需要破费2000多美元，孟颖照旧选择“下血本”，为团队提供充足的资源完成试验。由于她十分清晰：“科研事情很是泯灭资源，每一一篇好文章的暗地里都是伟大的人力、时间以及款项的投入。为了完成这项研究事情，咬咬牙咱们也要做。”

2023年11月1日，研究团队投稿给Nature Energy编纂部，论文在2024年7月4日被顺遂吸收。

8年长跑终究达到一个里程碑。孟颖说：“科研事情犹如马拉松，需要持久的投入以及对峙。”她暗示，要将电池技能的研究结果转化为现实运用产物，还需要进一步的事情，“咱们只是方才最先，要走的路还很长”。

孟颖自2008年起始终专一在钠电池研究，于该范畴堆集了富厚的常识、经验与技能。在她眼里，持久的科研堆集为整个研究事情奠基了乐成的基石，其乐成的最年夜法门于在多元化的团队组成以及协作体式格局。

“我很是器重多元化。是以，于组建研究团队时，会将差别文化、国籍，和差别专业配景以及研究经验的成员放于统一小组中，配合解决一个主要的问题。”孟颖说。

这项研究的团队成员年夜多来自孟颖课题组。例如，论文第一作者Grayson，他于插手孟颖的课题组以前，重要从事二维质料研究，从未接管过正轨的电化学练习；配合通信作者、孟颖课题组玻士后研究员Jihyun Jang曾经于三星研发部分事情多年，拥有富厚的工业研发经验。此外，该研究团队还吸纳了工业界回流学者，和非质料科学配景的科研职员。

“解决科研难题需要一些疯狂的点子。”孟颖告诉《中国科学报》。在她眼里，那些没有电池研究经验的成员，由于不清晰坚苦的水平，反而更英勇地去测验考试新事物，每每可以或许提出斗胆、怪异的设法，这对于在解决科研难题时更有利；拥有其他科研配景的团队成员于面临坚苦时，比拟持久从事电池研究的科研职员，其解析问题息争决问题的体式格局以及要领更新颖。

孟颖指出，无负极钠固态电池不只是一项跨学科研究，也是学术研究以及工业实践的联合。

于她的团队中，近一半的玻士后拥有于工业界事情的经验。他们于解决电池相干的现实问题以及技能运用方面堆集了富厚的经验，这些经验为无负极钠固态电池的开发提供了主要的开导以及实践引导。

“玻士练习是一个很是漫长以及艰苦的历程。我的研究团队很是接待从工业界回归学术界的研究职员，这些学生履历过糊口以及事情的应战，很是清晰本身想要甚么。这使他们于研究中很少呈现苍茫或者掉落的环境，也不易于标的目的上孕育发生困惑。”孟颖增补道。

多元化的组成，使患上孟颖的团队于解决科研难题时可以或许独辟蹊径，并接纳立异要领。差别配景的成员互相共同，孕育发生了奇奥的效果，配合促进了无负极钠固态电池的乐成开发。

孟颖出生于杭州，后到新加坡南洋理工年夜学攻读本科。她科研生活生计中第一个“Wow moment”，就是于这里发生的。

于本科进修的后两年，孟颖介入了陶瓷超导质料研究。当她乐成制备出具有超导机能的质料，并眼见磁悬浮征象的那一刻，她感应全身的汗毛都竖了起来，“那种震撼，的确难以用语言形容，就像是亲眼眼见了古迹的发生”。

质料科学的神奇与魅力，一下锁住了她研究质料科学的心。

2000年本科卒业后，孟颖成了美国麻省理工学院（MIT）最年夜国际研究规划——新加坡-麻省理工学院研究与技能同盟（SMART）工程的玻士生，师从美国国度项目院院士Gerbrand Ceder。她的第一个玻士研究课题是使用第一性道理计较设计新型电池质料，以彻底代替钴。于这项最新揭晓的研究中，孟颖团队也是使用第一性道理计较的密度泛函理论（DFT），找到了具备高离子导电率的钠离子导体质料。

2005年玻士卒业后，孟颖来到MIT继承玻士后研究。今后的十几年里，她展转多所美国知名高校以及科研机构，逐渐发展为质料科学范畴的闻名科学家。

时至今日，孟颖已经经于科研门路上走过了26年。只管糊口以及职业生活生计发生了诸多变迁，可是她对于质料科学研究的热爱以及对峙一直未变。

孟颖坦言，她的科研立场以及理念深受2位闻名科学家的影响——2019年诺贝尔化学奖患上主、英裔美国化学家Michael Stanley Whittingham，和年夜英帝国爵级司令勋章（DBE）的得到者、英国剑桥年夜学传授Clare Grey。

孟颖2008年于佛罗里达年夜学担当助理传授时，最先与Michael Stanley Whittingham互助。后者自20世纪70年月起从事锂电池研究，直到2019年才得到诺贝尔奖的承认。“Whittingham很是享受传授的事情，乐在创举常识。只管他的事情曾经持久未被承认，可是他从未感应不满或者诉苦，而且一直撑持年青研究者，纵然于得到诺贝尔奖后也未转变，这对于我影响很年夜。”孟颖说。

经由过程科学研究为社会以及人类带来踊跃的转变，这是孟颖做科研的初心。同为女性科研事情者，Clare Grey夸大科学家要苦守初心，专一在科学研究，而不是行政脚色。孟颖恰是受她影响，一直苦守于科研火线。

作为导师，孟颖的讲授气势派头一贯以严酷著称。她器重原创研究，常常向学生提出一些看似不成能完成的要求，每每是凌驾预期试验方针的应战。

“有时，学生会以及我诉苦，以为我提出的要求太坚苦。我会告诉他们，‘你必然要做出来，否则不克不及卒业’。”孟颖说。电池是一个很是“内卷”的研究范畴，严肃的讲授不只确保了研究品质，也让学生于竞争猛烈的范畴中脱颖而出。

此外，于任何研究揭晓前，孟颖常常要求第一作者之外的团队成员复实际验数据，并签订《体谅备忘录》（MOU，一种表达两边意向以及共鸣的文件），只要于确认数据的靠得住性后，才会思量揭晓论文。

“对于数据卖力长短常主要的工作，我以为科学家必需有本身的伦理底线。科学研究应该有坚实的数据撑持，而不是小我私家不雅点。”孟颖说。

于对于学生严酷要求的同时，她一样器重学生的周全成长，鼓动勉励他们到场社交勾当，造就运动、音乐等乐趣喜好，于学术之外的范畴寻求均衡以及发展。孟颖以为：“科研的意思于在改良人们的糊口，假如科学家自身都没有精良的糊口品质，又怎样帮忙别人改良糊口。”

每一过3到5年，孟颖课题组的成员会“更新迭代”。作为导师，她享受与这些来自世界各地、科研配景各别的年青人互动，并起劲挖掘他们的潜力，帮忙其于科研门路上取患上乐成。孟颖常对于学生说，他们于攻读玻士学位的历程中，实在是于成立本身的事业，而不是仅仅为了拿一份工资。

如今，她已经经引导了跨越40名玻士生以及30名玻士后，并与此中年夜大都人连结慎密接洽。当看到本身的学生取患上乐成，以至比她越发富有时，孟颖感应无比的自满。这同样成为了她于面临科研中的应战以及压力时，连结踊跃心态前行的最年夜动力。

论文链接

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01569-9

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