储能领域专家孟颖：憧憬一个和谐、美好的可持续未来

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孟颖（Y. Shirley Meng）是美国芝加哥大学分子工程学院教授，也是阿贡国家实验室储能科学合作中心首席科学家。因其在电池研究领域的绝对领导力和对科学探索的执着追求，入选Cell Press细胞出版社“50位启迪未来的科学家”。

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Cell Press 50周年

“Cell Press与全球50位科学家”Q&A

作为50周年庆典的一部分，Cell Press细胞出版社很荣幸地推出“50位启迪未来的科学家（50 Scientists that Inspire）”系列采访活动，向大家介绍50位激励人们前行的行业翘楚。这些科学家们由Cell Press细胞出版社旗下各学科期刊编辑提名推荐，他们的工作和职业推动着科学创新，突破着学科边界，并引领未来研究的发展。在此，欢迎大家订阅这些科学家们的采访合辑，了解其关于生活和研究工作的见解，以及他们对未来科学的展望。

作为能量存储与转换研究团队的首席研究员，孟教授将计算导向的发现和设计，与先进的电子、中子和光子表征技术相结合，引领先进储能材料的设计与发展。在加入芝加哥大学和阿贡国家实验室之前，她于2017年至2022年期间担任加州大学圣地亚哥分校能源技术Zable讲席教授，并创立了可持续动力与能源中心（SPEC）。

在这次问答中，孟教授与我们分享了她对集众人之智、创科学之美的热情。

储能专家孟颖

CellPress：

请问孟教授，您为什么选择成为一名科学家？

孟颖教授：

我成为一名科学家的初衷是为了让世界变得更美好。

CellPress：

对那些希望从事科学研究工作的学生，您最想说的一句话是什么?

孟颖教授：

科学是神奇的，不仅让我们能够预测未来，还能让我们塑造未来！

CellPress：

你认为在您的职业生涯中，面临的最大障碍和挑战是什么？

孟颖教授：

在我看来，当下最大的障碍是公众对科学的不信任日益加增。我将尽力为科学发声，并坚持到底，我也希望能有更多的学者和同行来一同为之努力奋斗。

CellPress：

目前在您的研究中最让你兴奋的课题是什么？

孟颖教授：

我和我的团队目前正在开展全固态电池的研发工作，这种电池可以让电动汽车单次充电续航超过500英里，而且可以安全地停在人们的车库中！

CellPress：

请您对您所在领域乃至整个科学界未来50年的发展，提出您的希冀和设想。

孟颖教授：

我们将成功实现向可再生和可持续能源的过渡，并拥有更好的储能技术。50年后，我们希望能带来更多技术，让地球上100亿人口和谐共处。我们今天真正需要做的是，人们彼此之间变得更加宽容和友爱，聚焦于人类的共同目标，以及以爱、幸福、繁荣为核心的普世价值观。

孟颖教授文章汇总

高能量密度硫化物固态电池规模化：从实验室到中试

近年来，全固态电池（ASSBs）领域取得了巨大且令人振奋的进展。尽管前景广阔，但在实现商业化之前，仍面临诸多技术障碍。在这些挑战中，最令人畏惧的莫过于大规模原型电池的制造能力，特别是实现从实验室向中试规模的技术过渡。迄今为止，在绝大多数ASSB相关报告中，电池尺寸规格对于真正的设备应用来说都是不切实际的。有鉴于此，Jihyun Jang、孟颖教授和Darren H.S. Tan博士等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表观点文章“Scaling up high-energy-density sulfidic solid-state batteries: A lab-to-pilot perspective”，就ASSB在放大生产方面所面临的诸多挑战和关键因素进行了阐述，包括固态电解质合成、干电极和隔膜处理、电池组装以及模组级别的堆叠压力考虑。作者以软包电池的尺寸规格为基准，制定了ASSB制造和评估的基准协议。最后，作者探讨了通过与国家实验室建立合作关系，来弥合大学研究与工业化生产之间差距的策略和途径。

Scaling up high-energy-density sulfidic solid-state batteries: A lab-to-pilot perspective

液化气电解质助力高效锂金属电池

推动新一代电池发展的关键任务就是开发一种电解质，能在长循环周期内保持无枝晶和锂金属负极的高库伦效率。孟颖教授、Cyrus S. Rustomji以及美国陆军实验室Oleg Borodin等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表研究论文“High-Efficiency Lithium-Metal Anode Enabled by Liquefied Gas Electrolytes”，通过在氟代甲烷液化气电解质中加入一定量的四氢呋喃（THF），作者展示了一种新的电解质溶剂化结构和传输机制。四氢呋喃能与锂离子完全配位，极大地促进锂盐的解离和传输。由此得到的电解质具有高电导率和锂离子迁移数（t+>0.79），从而显著提升了锂金属负极的循环性能。使用改良后的液化气体电解质的系统，在0.5、1和3 mAh·cm-2的容量下，获得的平均库仑效率分别为99.6%、99.4%和98.1%（±0.3%），并且始终保持无枝晶且优异倍率性能。在+20°C至−60°C的温度范围内，均能保持良好的倍率和循环性能。

High-Efficiency Lithium-Metal Anode Enabled by Liquefied Gas Electrolytes

利用冷冻电镜推动电池设计的发展

近年来，冷冻电镜（cryo-EM）在电池领域的应用极大地促进了人们对电池内部电化学过程的理解，特别是在金属负极、亚稳相及界面研究等层面上推动了电池设计的发展。自2017年以来，随着冷冻电镜在电池研究方面的进一步应用，人们开始担忧由于样品制备和转移程序的不同可能会造成的数据不吻合或机理矛盾。为此，孟颖教授和Minghao Zhang博士等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter上发表观点文章“Leveraging cryogenic electron microscopy for advancing battery design”，文中作者回顾了冷冻电镜的发展及其在电池领域不同分支中的成功应用，展示了冷冻电镜所获得的知识如何推动了人们对电池系统的理解。作者强调，这种由于样品制备以及转移方法所带来的差异性终将在优化工作流程的过程中得到控制和减小。此外，作者还提出了在冷冻电镜测量期间样品制备的最佳操作以供行业参考。文中作者还展望了人工智能辅助的数据收集和分析工作流将对整个材料科学界带来的发展和机遇。

Leveraging cryogenic electron microscopy for advancing battery design

基于阴离子氧化还原反应的高能可充电电池正极材料的亚稳性和可逆性研究

研究表明，富锂层状氧化物中的阴离子氧化还原反应可以提高材料的容量。尽管富锂层状氧化物的容量几乎是目前最先进的正极材料的两倍，但在其他性能指标仍有待优化。其中，循环过程中的电压衰减严重阻碍该材料的发展，其中，缺陷电化学发挥着关键作用。为此，孟颖教授和中国科学院宁波材料所刘兆平研究员等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上发表研究论文“Metastability and Reversibility of Anionic Redox-Based Cathode for High-Energy Rechargeable Batteries”，本文揭示了循环后富锂层状氧化物的亚稳态（源于不同维度的结构缺陷）是导致电压衰减的原因。更重要的是，通过温和的热能，这种亚稳状态能够转变为稳定状态，从而实现结构和电压的恢复。然而，对于不具有可逆阴离子氧化还原反应的经典层状氧化物而言，热能只会引发阳离子无序，导致性能下降。这些发现表明，理解结构的亚稳性和可逆性，对于设计并实施有效策略来提高大容量层状氧化物循环稳定性至关重要。

Metastability and Reversibility of Anionic Redox-Based Cathode for High-Energy Rechargeable Batteries

阻碍锂金属负极实用性的关键问题

电池技术的缓慢发展严重阻碍了电动汽车和新一代便携式电子产品的技术迭代和更替。锂金属负极对于打破当前锂离子电池技术的能量密度瓶颈至关重要。近年来，经过深入研究，锂金属电池领域在防止锂枝晶生长和提高库仑效率方面取得了前所未有的进展，尤其是在开发先进电解质和新型分析工具方面。在此，孟颖教授等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Chemistry上发表观点文章“Key Issues Hindering a Practical Lithium-Metal Anode”，在本文中，作者基于最近的进展重新审视了围绕锂金属作为负极的争议问题，揭示了锂金属失效的根本原因，以及“固体电解质界面”在锂金属负极中的真正作用。文末，作者为锂金属电池商业化发展的必由之路提出了展望。

Key Issues Hindering a Practical Lithium-Metal Anode

经过50年的不懈努力，Cell Press细胞出版社的编辑与全球的作者、审稿人一起，创办了一系列优秀出版物，未来我们也将不断深耕科研创新和科学信息的传播交流，启迪更多科学新发现。

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原标题：《储能领域专家孟颖：憧憬一个和谐、美好的可持续未来 | Cell Press与全球50位科学家》

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