? ?富勒烯，這個(gè)足球狀的碳分子曾經(jīng)被寄予厚望。
? ?二十世紀(jì)九十年代，當(dāng)它初次出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中時(shí)，科學(xué)家們十分欣喜這由六十個(gè)碳原子精巧編織而成的球體，具有獨(dú)特的構(gòu)造并且有著豐富的電化學(xué)活性，好像天生就是要成為下一代電池的主角。
? ?但問(wèn)題是，它太不穩(wěn)定了
? ?電池工作時(shí)，里面的分子像寒冬里的雪人那樣，慢慢溶解到電解質(zhì)中，結(jié)構(gòu)漸漸瓦解，容量也跟著持續(xù)下降
? ?就這樣，富勒烯被擱置了二十多年

? ?直到最近，日本東北大學(xué)先進(jìn)材料研究所的李昊團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一項(xiàng)突破性研究，才讓人們重新看到了富勒烯在電池領(lǐng)域復(fù)興的可能性。
? ?他們的秘密武器并非什么高深的物理現(xiàn)象，反而是一個(gè)優(yōu)雅的化學(xué)解法：用共價(jià)鍵把富勒烯分子像積木一樣牢固地聯(lián)系在一起，創(chuàng)造出名為Mg4C60的新化合物。
? ?這聽(tīng)起來(lái)挺簡(jiǎn)單的，不過(guò)，解決了困擾材料科學(xué)家們好幾十年的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性難題，這項(xiàng)研究刊載于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》，并且它背后的意義，遠(yuǎn)不只是一篇學(xué)術(shù)論文這樣簡(jiǎn)單，它代表的是對(duì)碳基材料應(yīng)用的一次范式突破
? ?以往，我們老是想著用石墨來(lái)制作電池負(fù)極，可石墨存在本身的缺陷：它使得充電速度受到限制

? ?現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)，所追求的是像加油那樣快速補(bǔ)能，可是石墨的離子通道寬度存在著限制，這就成了物理層面的瓶頸。
? ?富勒烯是三維球形構(gòu)造，從理論上來(lái)說(shuō)能夠容納更多鋰離子，容量能夠達(dá)到400毫安時(shí)每克或者更高，這比石墨的372毫安時(shí)每克要好上很多。
? ?問(wèn)題是，在此之前，這種高容量無(wú)法在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榉肿拥牟环€(wěn)定性導(dǎo)致一切優(yōu)勢(shì)都付諸東流。
? ?李昊團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新之處在于，他們并不是想著去改變富勒烯本身，而是改變了富勒烯分子之間的相互作用形式，憑借精心設(shè)計(jì)的共價(jià)橋聯(lián)，他們讓原本松散堆積的富勒烯分子，緊緊地聯(lián)結(jié)在了一塊兒，構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的框架構(gòu)造。
? ?這就好像把一根根單獨(dú)的火柴棍用，膠水黏合成一個(gè)堅(jiān)固的木框保留了每根火柴原本的特點(diǎn)，與此同時(shí)讓整體擁有了嶄新的強(qiáng)度。

? ?從產(chǎn)業(yè)層面而言，這個(gè)突破的意義，就在于它開(kāi)啟了一扇通往10分鐘快充電動(dòng)車(chē)的門(mén)
? ?當(dāng)前，全球先進(jìn)的800V快充系統(tǒng)已經(jīng)能在18分鐘內(nèi)將電池從10%充至80%。
? ?但要進(jìn)一步加速，就需要負(fù)極材料本身具備更強(qiáng)的離子接納能力和更快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
? ?Mg4C60就是這樣的物，它不但具有更高的容量，還因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，即便在承受較高充放電倍率的時(shí)候，也不會(huì)出現(xiàn)衰減情況。
? ?不過(guò)，更值得關(guān)注的是這個(gè)研究所揭示的方法學(xué)
? ?科學(xué)家在尋找新型儲(chǔ)能材料的時(shí)候，有兩條可以選擇的途徑，其一是去尋找全新的元素或者化合物，這通常需要花費(fèi)比較長(zhǎng)的時(shí)間去探尋，其二是對(duì)已經(jīng)有所了解的材料進(jìn)行，結(jié)構(gòu)化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
? ?李昊團(tuán)隊(duì)選擇了后者，通過(guò)改變分子間的連接方式，而非改變分子本身，激活了一個(gè)被塵封已久的可能性。

? ?這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化而非材料替換的思路，正在成為材料科學(xué)當(dāng)中愈發(fā)關(guān)鍵的模式
? ?當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化應(yīng)用之間，還是存在不少距離的
? ?Mg4C60需要經(jīng)歷更多的生命周期測(cè)試，、成本評(píng)估以及工藝優(yōu)化，之后才能夠最終進(jìn)入電動(dòng)汽車(chē)的電芯工廠。
? ?但李昊團(tuán)隊(duì)已經(jīng)明確表示，他們的下一步目標(biāo)是將這種共價(jià)橋聯(lián)策略推廣到更廣泛的富勒烯和碳框架材料上，建立一整個(gè)穩(wěn)定、高容量的陽(yáng)極材料家族。
? ?這暗示了一個(gè)更大的研究生態(tài)正在形成——不僅是Mg4C60本身，而是圍繞這一策略衍生出的系列創(chuàng)新。
? ?回到那個(gè)最初的比喻：富勒烯就像一個(gè)天才少年，擁有超常的天賦但脾氣古怪。東北大學(xué)的研究告訴我們，有時(shí)候，改變一個(gè)天才的"脾氣"比發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的天才來(lái)得更實(shí)際。這個(gè)看似平凡的洞察，可能正是通向下一代高能量密度、快充電動(dòng)車(chē)電池的鑰匙。

? ?你如何看待材料科學(xué)中"結(jié)構(gòu)創(chuàng)新"vs"材料替換"的抉擇？這個(gè)Mg4C60的突破，是否會(huì)成為你關(guān)注新能源技術(shù)發(fā)展的新起點(diǎn)？歡迎在下方分享你的思考。
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