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第34期，X-Doctor将带你走近麻省理工学院李巨教授，感受一下他在固态锂电池、纳米结构材料等多个领域的探索。
李巨教授，一位在材料科学领域深耕多年的杰出科学家，以其深厚的学术功底和前瞻性的研究视野，赢得了国内外同行的高度认可。
近日，由麻省理工学院李巨教授团队和清华大学助理教授董岩皓联合开展的研究，用高能球磨方法合成了一种新型富锂岩盐-聚阴离子集成正极。这种无钴、无镍的新材料通过在阳离子欠缺的锰基岩盐结构中固溶少量的磷酸根等聚阴离子基团，克服了富锂岩盐结构材料在高电压下循环稳定性差的瓶颈，实现了4.8V高电压下超过1100 Wh kg–1的首圈放电能量密度，并在100次循环后保持了70%以上的容量。这项研究不仅为无钴、无镍正极材料的发展提供了新的方向，也为实现高能量密度和长寿命的锂电池铺平了道路。研究成果发表于国际顶级期刊Nature Energy上。
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学术经历
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李巨从小就对理论物理很着迷，对学习也显露出超过常人的热情与兴趣。他是按部就班地完成了小学、初中的学业。而在升入高中之后，仅用了高一一年时间，他的老师便极力劝导李巨参加少年班的考试，因为在老师看来，李巨的知识储备已经远超高中范围，再耗费两年的高中时光无疑是在浪费天分。在老师鼓励下，李巨参加了 1990 年中国科学技术大学的入学考试，成功进入了中科大少年班。
在 1994 年，李巨进入 MIT 核工程专业学习，并于 2000 年获得博士学位。值得一提的是，在 MIT 读书期间，李巨自愿选修了数倍于博士毕业要求的课程数目（当时规定至少为 9 门）。在博士毕业时，李巨修完了 40 门分布于 8 个系的博士研究生课程，更不可思议的是，成绩全部满分（GPA 5.0）。简单类比，就相当于完成了 4 个博士学位的学业，这也成为了 MIT 的一代传说。
在获得博士学位后，李巨教授并没有停下脚步，而是继续在科研道路上深耕细作。他先后在俄亥俄州立大学和宾夕法尼亚大学担任助理教授和副教授，期间取得了多项重要研究成果。最终，他回到了麻省理工学院，成为这里的终身正教授，继续在材料科学领域发光发热。
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学术成果
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李巨教授的科研成果丰硕，涉及材料性质的多尺度计算研究、固态锂电池、纳米结构材料等多个领域。
1. 材料性质的多尺度计算研究
他领导的团队通过原子模拟等方法，深入研究了材料力学行为的微观机制，为材料科学的发展提供了重要的理论支持。这些研究成果不仅推动了计算材料学的发展，也为实际应用提供了理论依据。
2022年，美国爱达荷国家实验室丁冬团队/麻省理工学院李巨团队设计和证明了与陶瓷燃料或电解电池的最新多层加工技术完全兼容的简单酸处理可以使高温退火的电解质表面恢复活力，改善异质氧化物键合和恢复组件的固有电导率和活性以获得最佳性能。揭示了潜在的机制，并且现在了解了残余欧姆损耗的“未知来源”。相关研究成果以题为“Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch”发表在最新一期《Nature》上。
2. 固态锂电池
在固态锂电池领域，李巨教授同样做出了显著贡献。他领导的团队开发了一系列新型固态电解质和正极材料，显著提高了电池的能量密度、循环稳定性和安全性。例如，他们采用Mg掺杂的NASICON型固态电解质来提升电池性能，并通过高温熔融盐处理等方法制备了具有深度依赖梯度的LiCoO2单晶，实现了电池在高压条件下的优异性能。
李巨教授在全固态电池技术的研究中取得了突破性进展，他领导的团队创新性地设计了一种三维纳米结构的蜂窝状电极，这种结构利用混合离子电子导体（MIEC）作为锂金属的宿主材料，并以电子和锂离子绝缘体（ELI）作为关键的机械粘合剂，有效解决了锂金属在充放电过程中因体积变化导致的应力问题。这种设计不仅提高了电池的循环稳定性，还显著增强了安全性。此外，李巨教授还致力于正极材料的革新，通过减少对镍和钴等昂贵且有毒金属的依赖，转而利用更轻、更丰富的氧的氧化还原能力，进一步减轻了电池重量并降低了成本。这些研究成果不仅推动了全固态电池技术的发展，也为未来电动汽车和智能设备的长续航能力提供了可能性。
图 | MIT 的研究将提高未来电池的寿命和能量密度（来源：MIT News）
3. 纳米结构材料
除了固态锂电池外，李巨教授还在纳米结构材料领域取得了重要进展。他领导的团队利用多功能石墨烯海绵电极实现了铀的原位提取，为核能领域提供了新的技术路径。此外，他们还在纳米材料的制备、表征和应用等方面进行了深入研究，为纳米科技的发展做出了积极贡献。
4. 应力工程
在应力工程领域，李巨教授的研究同样引人注目。他发现了应力可以改变材料性质的奥妙，这一发现对于理解和设计新型材料具有重要意义。此外，他还研究了铁弹性等应力工程现象，为材料科学领域带来了新的研究方向。
5. 科研AI助理系统CRESt
除了在传统科研领域取得显著成就外，李巨教授还紧跟时代潮流，积极探索人工智能在科研中的应用。他团队开发的CRESt科研AI助理系统号称科学届的贾维斯。该系统旨在加速实验科学家的工作效率，通过语音转文本和文本转语音交互方式简化操作流程。同时，CRESt还具备主动学习的能力，能够不断从实验结果中学习和改进实验方案，进一步提升实验效率。这一创新成果不仅为科研人员提供了强大的工具支持，也为科研模式的变革提供了新的思路。
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荣誉与认可
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李巨教授的卓越成就得到了国内外同行的高度认可。他曾获得多项重要奖项，包括美国青年科学家与工程师总统奖（PECASE）、美国材料学会杰出青年科学家大奖（MRS Outstanding Young Investigator Award）、《技术评论》杂志“世界青年创新（TR35）奖”以及美国金属、矿物、材料科学学会（TMS）“Robert Lansing Hardy”奖等。此外，他还被选为美国材料学会会士和美国科学促进会会士，2016年，李巨与他人共同成立MIT能源创新计划低碳能源中心之一，即能源和极端环境研究中心。这些荣誉不仅体现了他在材料科学领域的卓越贡献，也彰显了他在国际科学界的高度声誉。
李巨教授以其深厚的学术功底、前瞻性的研究视野和卓越的科研能力，在材料科学领域取得了丰硕的成果。他的研究成果不仅推动了相关学科的发展，也为实际应用提供了重要的技术支持。作为一位杰出的科学家和教育家，他将继续在科研道路上探索前行，为人类的科技进步贡献自己的力量。
2022年4月21日， iCANX Talks第94期，李巨教授为我们带来了主题为《Extreme Materials Processing for Clean Energy 极速材料处理与清洁能源》的学术报告，扫码可查看回放。
https://wx.vzan.com/live/page/906132218?v=1655775333262
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