电池技术革新将给电动汽车带来重要影响。电池能量密度每提高一倍，汽车厂商就可以在保持行程不变的情况下，将电池的体积和成本降低一半，或者选择电池体积和成本不变，行程翻倍。“电动汽车的时代就要来临，”但为了让电动汽车取代传统汽车，“我们必须做得更好！”崔屹说道。

　　纳米电池起步

　　在他的早期研究生涯中，崔屹就意识到了这种需求。1998年从中国科学技术大学本科毕业后，他先来到美国哈佛大学，后在加州大学伯克利分校完成博士学位，并在当时最前沿的纳米材料合成实验室从事博士后研究。当时纳米技术处于发展早期，研究人员还在努力寻找可靠的方法制造他们想要的材料，纳米技术的应用才刚有雏形。

　　在加州大学伯克利分校，崔屹与劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的同事一起切磋。当时LBNL的负责人朱棣文（Steven Chu）正在推动实验室可再生能源技术的开发，以应对气候变化，其中包括开发更好的电池来存储清洁能源（2009年到2013年，朱棣文一直担任美国总统巴拉克?奥巴马政府的能源部长。）

　　“一开始，我并没有过多关注能源问题，以前也没有做过电池方面的研究。”崔屹说道。

　　但朱棣文和其他实验室同事的努力给了他很大震动，认识到了纳米科技有可能给电池带来新的出路。正如朱棣文所说的，纳米技术为电池领域带来了一个“新的起点”，研究人员不仅能在最小尺度下控制电池材料的化学成分，还能通过重新安排材料中的原子控制电池的化学反应。

来到斯坦福大学后，崔屹迅速开始了结合纳米技术与电池电化学的研究。

以锂离子充电电池为例，原则上，这些电池的结构原理很简单：两个电极由一层薄膜作为“分离器”分隔开，液体电解质可让离子在电极之间来回滑动。

电池充电时，锂离子从正极或阴极释放，阴极材料为锂合金，通常为钴酸锂或锂磷酸铁，释放的锂离子被吸引到带负电荷的电极（也叫阳极，阳极通常用石墨制成），并紧紧集聚在石墨的碳原子之间。来自外部的电源电压驱动着整个离子群大规模移动，从而达到存储电能的目的。

当某项设备，如电动工具或汽车开动需要能源时，电池放电，聚集在石墨碳原子间的锂原子释放电子通过外部电路到达阴极，同时，石墨中释放出来的锂离子穿过电解液和“分离薄膜”到达阴极，在那里与电子相遇，完成电池电路的循环之旅。

石墨是如今最理想的负极材料，其高导电性可轻松地将电子传递到电路中的金属导线中。但在放电过程中石墨收集锂离子的能力却很一般。六个碳原子才能“抓住”一个锂离子，较弱的吸取能力限制了电极中可容纳的锂含量，即限制了电池储存能量的能力。

硅在这方面更好一些，每个硅原子能够“绑定”四个锂离子，这意味着硅基负极的储能量可达到石墨材料负极的10倍。几十年来，电化学家一直在为开发硅基负极的这种潜力而付出了不懈的努力，但一直劳而无功。

利用硅材料制造负极很简单，问题在于这种负极无法持续稳定地存在。电池充电时，锂离子大量涌入并与硅原子结合，负极材料可膨胀300%，然后在放电过程中，随着锂离子的流出，负极材料迅速收缩。硅电极经不起几次折腾就会断裂，分裂成细小的颗粒。电池的负极，或者说整个电池就这样报废了。

崔屹觉得自己可以解决这个问题，在哈佛大学和加州伯克利的经历告诉他，纳米材料与普通材料的行为是有所不同的。首先，纳米材料表面所含原子的比例高于其内部，同时其表面的原子很少受相邻原子的束缚，在承受压力和应力时可以移动的自由度也更高。

　　纳米电池创新

　　2008年，崔屹提出用纳米硅制作硅负极，这样可以减轻导致块状硅负极瓦解的压力和应力。他的想法果然可行，在发表在《自然?纳米科技》（Nature Nanotechnology）上的论文中，崔屹和他的同事展示了他们的研究成果，在经历多次锂离子流入流出硅纳米导线的过程后，纳米线几乎没有损坏，甚至在经过了10轮充电和放电循环后，负极仍拥有75%的理论储电能力。