从学霸开始迈向星辰大海 第67节

第102章 你的猜测应验了

“嗯，宁晨你有什么想法，就直接跟我说吧。”

“徐老师，我觉得之前做的充放电循环次数有些少了。50次的充放电循环，并无法准确的对电池的各种能力进行判断。”

听到宁晨的话，徐洲微笑着说道：

“宁晨，你说的没错，相对于锂电池实际的使用，实验中的50次充放电循环肯定是比较少的。

不过我们现在首先研究的内容，是先筛选出最适合与多孔硅进行结合的金属物质，以及它们之间的物质添加比例。

只要每一种负极材料都进行相同次数的循环，这样的对比就是相对科学的。”

“徐老师，我明白你的意思，这样的实验思路自然是没问题的。只是我希望再设立一组实验，专门对一种多孔硅-金属复合材料的极限测试，测试它在多次充放电循环之后所表现出来的实验现象。”

徐洲想了想，觉得宁晨的这个提议也是可以接受的。

“嗯，在人手充足的情况下，进行这个实验肯定是更好的。宁晨，这个实验伱打算自己做，还是交给学生做？”

“这样，隋枫，你现在就拿着这个负极材料去做扫描电镜，我帮你去跟检测中心打个招呼。”

就在隋枫思考着这些的时候，却突然发现，自己刚刚测得的一组实验数据，出现了一些问题。

“就让隋枫师兄做吧，以隋枫师兄的能力，完成这个实验肯定是没问题的。”

“好的，徐老师，我这就过去。”

宁晨觉得顺利的话，自己有希望在几周内便完成剩余的工作。

这也是隋枫读研期间，感觉到最轻松的一段时间。

不过好景不长，自从宁晨结束了实验室的实习之后，隋枫又再次回归了自己苦逼的实验室生活。

一边做着实验，隋枫一边感叹了起来。

但之后的实验结果，却让隋枫意识到，这并不是什么偶然的现象。

隋枫毕竟也是一名合格的材料学硕士，知道这样的实验现象是与他们一开始的理论相悖的，便赶紧找到了徐洲，说明了自己刚刚实验中遇到的现象。

隋枫觉得，这可能是一个非常特殊的情况，毕竟做实验的时候，出现个别的点明显不在图像上，也是很平常的事情。

另一方面，在材料实验室这边，实验进度又有了一些新的进展。

而利用大脑仿真模拟的技能，虽然有可能提前预知实验现象，但毕竟模拟的次数十分的有限，现在还没到宁晨觉得必须使用模拟次数的时候。

在宁晨一开始来实验室的时候，因为宁晨非常高的实验积极性，让隋枫的工作量一下子减少了很多。

更何况徐洲刚刚以通讯作者的身份，在《Nature》上发了一篇论文，虽然论文的主要功劳在宁晨这边，但徐洲也的确因此提升了自己在学院和学校的地位。

“什么？锂电池的可逆容量突然明显下降？这是怎么回事呢？”

徐洲给检测中心打了电话说明情况之后，检测中心很快表示，会尽早帮徐洲安排扫描电镜的检测实验。

徐洲想了想，说道：

想起之前宁晨提出的这个实验方向，徐洲非常惊讶于宁晨的科学预见能力。

在关键实验现象出现之前，宁晨并无法给出下一步的意见。

宁晨并不想把自己的实验放在这种比较基础的实验上，毕竟有关秋成同猜想的研究，宁晨也要花费大量的精力。

随着研究工作的持续进行，宁晨在解决秋成同猜想第二阶段的研究工作中，持续取得了多项重要的进展。

正常做扫描电镜是需要提前预约的，不过一些老师偶尔利用休息的时间测几个样，检测中心一般也都是会通融的。

原本锂电池的可逆容量与循环次数的关系，是接近于一个一次函数的，可这一次的实验数据，却破坏了这个一次函数的规律。

“不对……从第208次循环开始，锂电池的可逆容量就下降得非常迅速。不行，我得赶紧跟徐老师说这件事情。”

宁晨听完也是眉头轻皱，看来之前自己的担心的确不是多余的。

“奇怪……在锂电池进行第208次循环的时候，锂电池的可逆容量，怎么一下子下降了这么多？”

宁晨暂时停下了手中的工作，来到了徐洲的实验室。

做好了这项实验的安排，宁晨没有继续在材料实验室参与实验，而是回去继续研究秋成同猜想了。

“行，那就交给隋枫去做吧。那这个实验就还用我之前做的多孔硅-铜复合材料？”

隋枫这边则是开始进行着电池多次充放电循环后的电池可逆容量测试，经过多日连续的实验，隋枫已经做到了第200次循环。

处理好这边的事情，徐洲又赶忙给宁晨打了电话过去，说明在刚刚的实验中发生的事情。

其中涉及到的各种定理及其证明，就多达数十页，而且每一页上面，宁晨都使用最精简的语言，进行着定理的叙述和证明。

“嗯，就用那个吧，因为已经做过50次的循环了，之后就直接从51次开始计算了。”

带着这样的想法，隋枫继续着接下来的实验。

“徐老师，你觉得造成这样现象的原因是什么呢？”

经过调整之后，锂电池在经历同样的充放电循环次数，电池的可逆容量又提升了几个百分点。

因为这个实验并不需要太多的细节，只要不停的对锂电池进行充放电的操作，并记录经过每一次循环后，锂电池的可逆容量变化就可以了。

徐洲对之前的多孔硅-铜负极材料进行了调整，在其中添加了氧化铝进行包裹，这让负极材料的倍率性能又有了更大的提升。

……

查看着隋枫的实验数据，徐洲猜测起引起这个现象的本质原因。

“哎，最近的实验怎么越来越多了呢。”

更确切的说，在那之后，隋枫只感觉自己的实验任务，比之前还要更多了。

“我觉得最大的可能，是在电解液与电极接触的过程中，发生了某些反应，反应生成的物质影响了锂电池的可逆容量。这种反应可能是一直在进行的，当反应物的数量足够多的时候，量变引起了质变。当然也可能是因为某种原因，这种反应突然出现的。”

徐洲一下子就给出了自己对实验现象的分析，宁晨也觉得徐洲所说的两种原因都是有可能的。

“至于具体的原因到底是什么，还得等扫描电镜的结果出来后才能够更具体的分析。不过宁晨，幸好你之前提议要在这个方向进行实验，否则的话，不知道什么时候才能发现这个问题。”

第103章 这就是我们理想中的负极材料

“嗯，我也是在查看实验数据的时候，恰好想到了这个方向罢了。其实要是实验时间足够的话，我们早晚也是要进行循环次数的极限测试的。”

“哎，道理是这个道理，但真正做起实验来，时间永远是不够用的。要是再过几个月才发现这个问题，再去进行详细的研究，不知道要耽误多少的时间。”

想到这，徐洲不禁也有些无可奈何。

即使现在看来，之前自己的实验思路也是没有问题的，但宁晨却总能比自己更敏锐的找到关键的实验思路。

徐洲总觉得，宁晨好像有什么特殊能力一般，但作为一名坚定的唯物主义者，徐洲知道这并不是什么科学的想法。

徐洲也只能承认，和真正的天才相比，自己还是显得普通了一些。

就在宁晨和徐洲讨论这些问题的时候，隋枫已经带着试样回到了实验室。

见到隋枫回来，徐洲兴奋的问道：

“隋枫，已经测完了吗？”

这代表着宁晨仅用了几乎不到两年的时间，就修完了材料和数学的本科双学位。

“是的，我到那之后，老师就安排我进行实验了。”

隋枫去的时候，正好赶上检测中心老师休息的时间，不过因为徐洲的电话，检测中心还是非常爽快的帮隋枫安排了实验。

听到徐洲的方案，宁晨也不禁用力的点了点头。

这种钝化层会对电极材料的性能产生一些影响，这些影响有好有坏，其中的一种负面影响，就是会降低电极材料的充放电效率，特别是对负极材料的影响更为明显。

这个时候，徐洲似乎又想到了什么主意，对宁晨说道：

“我们可以这样尝试一下。在硅和金属的复合材料外层，再加入一层较薄的碳结构。这种碳结构可以阻止电解液和多孔硅纳米材料的直接接触，同时对电池的能量密度也不会有明显的影响。”

这其中，最令大家满意的，是一种多孔纳米硅-银-碳的复合材料。

宁晨剩下需要做的，就是完成毕业设计和毕业答辩了。

比如说，是选择添加石墨，碳纳米管，还是中间相碳微球。

而在这期间，宁晨也完成了有关秋成同猜想第二阶段的证明工作，并将其整理成论文，再次投递到了《米国数学会杂志》。

经过一番分析，徐洲找到了出现这个现象可能的机理，宁晨听完也对此表示着赞同。

说着，隋枫将刚刚做完的扫描电镜图像找了出来，给宁晨和徐洲看了过去。

“怎么样，看出原因了吗？”

“不对……多孔硅纳米材料的体积，相比之前好像有了比较明显的变化。或许，这才是造成这个现象出现的根本原因。”

徐洲、宁晨等人一起讨论了几天，才将实验方案确定了下来。

现在的实验已经进入到了收尾阶段

，经过不断的测试，大家找到了几种有潜力进入到应用阶段的硅基锂电池负极材料。

因为电解液会与电极材料不断的进行反应，这些反应生成的物质，就会慢慢在电极材料附近进行积累，形成一层钝化层。

隋枫则是在一旁等待着，反正隋枫也知道，这种级别的问题，肯定不是自己能够解决的。

但这种影响往往是比较缓慢的，并不会对锂电池的性能造成断崖式的影响。

寒假开始之后，宁晨没有马上回家，而是暂时留在学校，继续进行着有关硅基负极材料的实验。

首先，多孔纳米硅-金属负极材料的实验还需要继续进行，他们要找到最适合与多孔硅进行搭配的金属物质。

时间一天天过去，徐洲、宁晨、隋枫等人一起进行了大量的实验，在经历了无数次失败的同时，也收获了很多非常有价值的实验现象和实验结论。

其实以图像的精度来看，这种变化并不是太容易被发觉，只是宁晨对于这种多孔硅纳米材料非常的熟悉，因而才会敏锐的察觉到这种变化。

“没错，确实是负极材料表面的钝化层。可是这为什么会对锂电池循环容量造成如此急剧的影响呢？”

添加的碳层要多厚，才能够在保护多孔纳米硅的同时，也不会影响到电池的容量。

……

接下来的时间里，徐洲和宁晨继续研究着解决这个问题的具体方案。

经过改良之后的负极材料，在电池寿命上有了明显的提升，同时在经历多次充放电循环之后，也不会再出现可逆容量明显下降的情况了。

硅和碳的复合物，要通过什么样的方法进行合成，等等。

“是的，多孔硅纳米材料相比于常规的碳负极材料，各项物理性质还是要脆弱一些。即便加入了金属物质，这种情况并没有彻底的被解决。”