奇文共賞:科學研究中愚弄大眾、自欺欺人的十大方法

有人曾戲謔説,科研大軍中,一榔頭砸下去,倒下的十個有八個就是做電池的。

來源 | 高分子科學前沿


有人曾戲謔説,科研大軍中,一榔頭砸下去,倒下的十個有八個就是做電池的。


這不僅僅是玩笑。眾所週知,鋰電池一直是研究的大熱門,每年電池領域發表的文章數不勝數。在國內幾乎每個學校都有做鋰電池研究的課題組,研究的大軍可見一斑。


據了解,自2013年以後,鋰電池領域的年發文數量都在10000篇以上,而且科研熱度還在持續增加,呈現出一片“欣欣向榮”的景象。


然而,實際真的是這樣嗎?鋰電池研究取得巨大的突破和進展了嗎?相信很多電池人對此抱有其他的想法……


近日,一位電池研究領域的勇士——瑞典查爾姆斯理工大學 Patrik Johansson 教授用一種詼諧反諷的方式向我們傾(吐槽)了電池研究中愚弄大眾、自欺欺人的十種方法



作為電池研究領域的科學家
(或搬磚人)
,我們可能經常發現很難重復和信任新聞稿和高水準期刊論文中的實驗成果。儘管某些論文有真正的突破,結果也確實如宣傳的那樣令人印象深刻,但大家只關注提到的“革命性”結果,而忽略了作者所用方法和材料等關鍵資訊。

最重要的是,絕大多數研究人員並不積極尋求以真實的方式展示他們的研究成果,相反某些誤導性的結論可能會嚴重影響那些從早到晚、迫於論文壓力在陰暗的實驗室中長時間工作的“搬磚大軍”。

鋻於此,Patrik Johansson 教授團隊通過為期 6 個月的頭腦風暴,
總結並概述出十種方法,使您的結果看起來比實際情況更具“吸引力“和”開創性“,從而更好地發表在任何高影響力的期刊上
。作者表示,論文的出發點是如何更好地“提升“科學研究和傳播科學品質,可能有助於您在自己和同行的工作中建立清晰的邊界,但請不要將其視為指南,Just for fun!


一、找10年前的文獻做比較,凸顯你的成果!

What? 你問為啥?因為自從2010年以後,電池研究領域就沒有真正的研究進展和突破了!我們現在廣泛使用的鋰離子電池,早在90年代就已經開發了,對吧?我們在那些高水準期刊論文中讀到的“精彩絕倫的實驗結果和重大進展”,有多少成果真正實際應用了呢?可能有人會説,電池某個細分支確實有了很大的進展,但是有誰會在忙著撰寫另一篇論文的時候,更新最新的研究進展呢?

所以,Anyway,你肯定可以找到一堆2010年以後最新的論文來“凸顯”你的實驗結果。而且沒有人會指責你使用過時的參考文獻,因為實際上你正在將你的結果與其他人剛剛發表的結果進行比較。

二、千方百計,讓數據變好看

試圖弄清楚合理的比能量密度簡直太麻煩了,為什麼不直接使用化學反應計算呢?因為當你這樣做時,你可以獲得非常棒的性能數據,尤其是對於鋰空氣或鋰硫電池來説,甚至比市場上鋰離子電池的性能都要好得多。So why not?

也許有些人會説這不公平,但誰説生活
(或科學)
是公平的呢?讓我們面對現實吧,反正沒人知道你製備電極時活性材料有多少
(也許少得可憐)
,更不用説還需要考慮實際的非活性物質,比如電解質、隔膜、集流體,甚至外殼
(實際上計算的時候你肯定不會算上)
。最重要的是,你根本不需要真正描述你的電池數據屬於哪個Level,只要“吹得天花亂墜”,讓外行認為你的紐扣電池數據,總有一天會達到電動汽車的性能即可。如果您正在考慮在你的論文中報告體積能量密度
(為什麼想不開,要自找麻煩?)
,而且數據確實不理想,怎麼辦?教你一招,你可以宣稱你的材料對於大規模電網存儲,無論如何都會有無限空間,promising就對了。

三、用原材料計算成本,不考慮過程!

這一條千萬要記住!不要提及任何有關實際生産的問題,以免對讀者造成誤解。你完全沒有必要指出,所謂的性能驚人的紐扣電池性能是在1200 °C經過8個複雜的步驟和2周的反應時間得到的,而且産率低的可憐,只有2%。
(好吧,面對現實,最終你可能只獲得製作一個跑得正常的電池的材料)
So what? 嘿,這是science,本身就很難!

相反,你應該引用 Sigma-Aldrich 公斤級批量價格作為您所用原材料的成本,因為它是如此的便宜,任何人幾乎都可以免費製作你文中所説的高度新穎的電極。最後,如果您使用了任何自然豐度高的金屬,那麼請不要忘記提及這一點,即使您的活性材料中只含有1wt%左右的這些金屬。

四、為了出好的結果,選擇合適的測試條件

對於電池的迴圈條件,你的選擇有很多,完全可以根據需求選擇對你數據最有利的測試條件。比如,如果電池在電解質/電極界面出現自放電或副反應問題,那麼你可以讓電池在高倍率和窄荷電狀態
(SoC)
範圍內迴圈。如果你想獲得能夠進行快速充電的電池,那麼你只需要(悄悄地)將其與整個 SoC 窗口的能量密度結合起來
(Why not?)
,因為這樣你會突然擁有一個同時具有高能量和高功率的電池,簡直太棒了!什麼?你説電池最終應用的SoC 窗口咋整?不好意思,那是電池組設計人員和工程師的事情!

另一方面,如果您的電解質由於傳質限制而存在離子傳輸的“一些遺留問題”,請務必以 C/20 或更低的倍率運作電池,以“達到的令人印象深刻的本徵能量密度” 。此時,你肯定覺得,anyway未來你肯定可以提升這個電解液的性能,早晚的問題。那些覺得不可能做到的,水準不夠罷了。畢竟他們根本學不會提高溫度以獲得更高的離子導電率,或“混淆”溶劑品質和溶劑體積,或“忘記”檢查電解液的含水量。確保低含水量?那是供應商才該關心的事情。

五、改變程式、佈局或材料構成
(實驗能不能重復,跟我有啥關係)

除了通過巧妙地選擇測試方案,您也可以悄悄地對實驗過程進行一些小的更改,從而在同一研究中更進一步地完美呈現您的奇妙科學。至於這裡的倍率和濃度差異,那裏的負載差異什麼的,不重要,不值一提。您甚至可以在某些電池中使用另一種電解質,who care? 只要你不傻到在實驗部分提供這些詳細的資訊,或者秉承“嚴謹”的原則,放在某些冗長數據表的註腳裏
(相信我,沒有人真正閱讀)

什麼?如果有人真的試圖重復你的實驗,甚至質疑你的結果
(他們怎麼敢!)

Don't worry!你完全可以聲稱他們沒有採用與你完全相同的實驗條件,畢竟重要的“關鍵資訊”已經被你隱藏了。

六、玩負載量、電解液和活性材料比例的遊戲

要時刻提醒自己,你專注的是科學,而不是技術,兩者之間隔著一條巨大的鴻溝!這可以防止你被技術相關的活性材料負載和電解質體積等無關問題所困擾。

不僅如此,它還可以通過多種方式用於提高電池的容量。畢竟,誰會對一些額外的容量説不呢?!最簡單的技巧是使用由高百分比導電碳添加劑製成的超薄電極,然後您可以宣稱使用了高含量的活性材料
(參見第2點)
,從而減少
(催化)
電解質的分解並避免傳質受限的問題。記住,千萬不要提及電解液體積和電池中活性材料的最終含量,因為這樣就沒有人可以計算出在一個迴圈轉机移的實際電荷。這些數據都是商業化過程中需要考慮的事情,在現階段不必擔心。科學自由的第一步,就是構造你想要的電池的自由!

七、挑好的結果!永遠不要對您的(有前途的)材料進行適當的表徵

最簡單的方法是只展示材料整體的 X 射線衍射圖或拉曼光譜,不要介意一些次要的雜質或細節,例如材料體相/表面的差異。此外,要對剛合成材料表徵就行,而不是在任何處理
(例如球磨)
之後執行此操作。然後,在前幾個迴圈中獲得一些不錯的迴圈和容量數據,並報告。在迴圈期間/迴圈後不要再對您的新活性材料進行任何表徵,誰知道可能會發生什麼?萬一有新的現象解釋不了咋辦?原位表徵只是一個愚蠢的趨勢,實施起來也非常繁瑣。這跟將許多不同的表徵技術應用於相同的材料一樣,純粹是浪費時間,畢竟你在設計這種材料的時候結果就全部預測到了。

另一方面,如果你真的對新材料或新概念沒有任何想法,只選擇你可能掌握的最奇特的表徵技術,研究一些沒有人關注的現象
(你懂的)
,並將其作為一項“最獨特”
(你肯定知道如何包裝)
的亮點來揭示“非常重要”的成果。然後,你就可以準備好在任何高影響力的期刊上發表了。實際上,避免所有與表徵相關的問題的最終方法是完全忽略它。你只需拿你新合成的材料、或者電解質,裝一堆電池,運作電池,並報告盡可能多的電化學數據,然後從中選出最好的一個或一組。

八、緊跟潮流,萬物皆可XXX

科研同樣需要緊跟潮流,以前是鋰空氣電池,現在是固態電池
(SSB)
。SSB 的科學關鍵在於固態電解質
(SSE,是的,他們喜歡縮寫詞)
,這可能具有一定的挑戰,但這絕對不能成為你踏足世界前沿的藉口。然後,你會發現為什麼電解質人如此注重細節:比如,如果您發現 SSE 表現出前所未有的離子電導率,這肯定完全來自您的材料,而不是殘留的溶劑。記住,千萬不要檢查這一點或懷疑實驗設置。

此外,為什麼要這麼死板呢?添加一點增塑劑或溶劑對性能提升非常有幫助,而且材料仍然
(幾乎)
是固體,對嗎?如果有人質疑,您完全可以使用 “準”、“半”等前綴或者在最壞的情況下使用“混合”前綴來堵住“悠悠之口”。但是,有一點十分重要,永遠不要使用“全固態”,否則全固態電池
(ASSB)
的“老男孩俱樂部”可能會做出激烈反應,將你按在地上狠狠地摩擦!

九、錯誤?---那是不可能的

沒有人這樣做,沒有人喜歡談論這件事,那你為什麼要這麼做呢?畢竟,我們有很多正當的理由不必擔心可重復性和統計數據,比如昂貴的材料,漫長的合成路線,緩慢的迴圈等等。假設你的紐扣電池要進行三個月的迴圈,既然它已經正常運作了兩天,那肯定是有效的數據和可重復的。為什麼還要再做五個同樣的電池?您在想什麼?或者為什麼要多次測量離子電導率,難道就是為了獲得一些誤差棒嗎?不,在電池科學中並不真正需要包含統計測量和誤差分析。相反,而是需要我們相互信任。如果我們堅持偏差是“一個特性而不是一個錯誤”的觀點,那麼更多的論文會被發表。

但是如果實驗數據與您預期的數據相去甚遠,那肯定要重新測量。因為這可能確實存在一些無法真正避免的錯誤,如電池迴圈過程中庫侖效率的變化。但是,請不要害怕,這並不意味著你真的必須表現出來;我們都聽説過 y 軸應該覆蓋 0–100 %,對嗎?但是歸一化後,沒有人能夠發現 CE 是如何不規律地變化的,有時甚至超過 100 %。同時,您還應該使用非常粗的圖形線,因為沒有人想放大每個圖形,這對於不太精細的 X 射線衍射圖、不穩定的迴圈伏安圖和糟糕的 EIS 擬合特別有用。對於後者,永遠不要解釋為什麼從許多可能的情況中選擇用於一個特定的 EIS 分析的等效電路。

十、如果上述方法都失敗了,那就展示漂亮的圖片和視頻吧

讓我們面對現實吧:有時儘管遵循了上述所有建議,但您的結果並不像預期的那樣具有革命性。不用擔心,眾所皆知,人們都喜歡漂亮的彩色圖形、精美的SEM圖和斷層掃描圖像。不要擔心這些技術與你的研究目標或重點的相關性,您可以隨時提出您想要的任何聲明,並且展示很酷的數據永遠不會出錯。説到圖形,你可能會發現幾乎每篇論文都有一個漂亮的“搖椅”示意圖,那是因為人們可能已經忘記了工作原理。重復是一切學習之母!隨著各種網路渠道和社交媒體的不斷增加,無論是在你自己的大學還是在期刊和出版社,都非常願意推廣你的科學,真的沒有理由不嘗試把細節做到最好。因此:如果以上所有方法都失敗了,請給你的論文製作精美的動畫或視頻吧!

致謝:這篇論文是 P.J. 研究小組內一項為期 6 個月的頭腦風暴式任務的輸出結果,作者希望感謝多年來從科學(電池)文獻中收集到的所有靈感和觀察結果。

參考文獻:
https://doi.org/10.1002/batt.202100154
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