WILEY人物访谈:中科院青岛能源所崔光磊研究员

本周末WILEY人物访谈我们对话的是将能源所开发的无人机用在抗疫工作上的中科院青岛能源所崔光磊研究员。他在访谈中给我们详细介绍了课题组在高比能固态电池关键材料和系统研发、特种电源开发应用以及下一代低成本电化学能源转换器件的前瞻研究,并对高比能固态电池的未来进行了展望。

他还谈到专注和锲而不舍是科研人员最重要的品质,积极乐观,团队协作是拥有快乐实验室生活的关键,建议从事科研的青年学生通过研究积累知识和提升自己认知能力来开发工程技术,最终要学以致用反哺社会。

简历:

崔光磊,中国科学院青岛生物能源与过程所研究员,博士生导师,青岛市储能产业技术研究院执行院长、青岛市太阳能与储能技术重点实验室主任、仿生能源系统与储能团队负责人。2005年于中国科学院化学所获得有机化学博士学位,2005年9月至2009年2月先后在德国马普协会高分子所和固态所从事博士后研究。2009年2月起于中科院青岛生物能源与过程所工作。2009年入选中国科学院“百人计划”(终期评估优秀),2009年获山东省自然科学杰出青年基金资助,2015年入选山东省“泰山学者特聘专家”,2016年获国家自然科学杰出青年基金资助。

    主要从事低成本高效能源储存与转换器件的研究,作为负责人和主要参与者承担国家自然科学杰出青年基金、国家973计划、863计划,国家自然科学基金面上项目,省部级及中科院先导专项、企业横向项目等多项科研项目。先后在材料、化学、能源材料等方面的国际权威杂志Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Small、Energy Environ. Sci.、ChemSusChem、Chem. Commun.、J. Mater. Chem.发表相关论文150余篇,申请国家发明专利105项,已授权44项。

Introduction

MVC:能否请您先简单介绍一下您课题组的科研工作?

CGL:我们课题组的主要从事高比能固态电池关键材料和系统研发、特种电源开发应用以及下一代低成本电化学能源转换器件的前瞻研究。

MVC: 如果您没有走科研这条路,您现在会干什么?如果重新选择,您还会继续做学术研究吗?

CGL:我有“英雄”情结,特崇拜武侠小说中的侠客或者英雄。 如果没有走科研这条路,我可能从事警察或者参军这些我认为可能成为英雄的职业。我信奉王阳明心学“知行合一”的理念,同时也喜欢从事一些有挑战性的工作。如果要重新选择的话,我还是会选择做学术研究,因为科研是一个不断探索创新的过程,同时也是一个挑战自我超越自我的职业。

MVC: 您对您的研究领域有何展望?

CGL:未来社会是一个能量互通互联的社会,迫切需要开发低成本、高可靠储能系统。面向新能源储能、电动汽车和智能电网等方面的需求,开发具有自主知识产权新一代储能电池关键材料和核心技术至关重要。因此,高可靠高能量密度固态电池的发展前景是非常光明的。在世界各国科学家们的努力下,影响其固态电池性能发展的科学与技术问题正在逐步解决,高比能固态电池在未来能源互联网领域必将得到广泛应用。

Main field of interest

MVC:我们最近看到您将能源所开发的无人机用在抗疫工作上。能跟我们详细介绍一下吗?

CGL:近期,我国爆发了新型冠状病毒肺炎疫情,该病毒传染性强。所以有效的进行消杀病毒做好防护工作,避免病毒传播扩散成为重要环节。我们团队长期从事高比能锂金属电池的研究工作,在该领域有着很好的科研积累。我们最新研发的高能量密度聚合物锂金属二次电池能量密度逼近500 Wh/kg,较高功率的锂金属电池能量密度也达到460 Wh/kg,可以大幅提高消毒用无人机的续航时间。基于我们科研“知行合一”的理念,尝试把我们积累二次锂金属电池知识和技术应用于消毒用无人机电池上,使载重无人机续航时间延长到3倍以上,增加了单次飞行消杀面积,降低了消杀的成本和工作量,夯实长续航无人机电池技术的应用基础。当然,锂金属电池的挑战还非常多,需要各国科学家进行协力研究积累知识,发现并解决其关键技术瓶颈隐藏的界面科学问题。

MVC:能否跟我们简单介绍一下您为何想到这样做吗?

CGL:无人机在农业、军事、运输等领域发挥重要作用,因此无人机尤其载重无人机技术成为各国竞争的热点。其中载重型植保无人机因升空、加速或急停时需要提供极高的功率,对电池的性能要求非常高。当前如何在保证高输出功率的前提下,提升续航里程,仍然是亟待解决的瓶颈问题。提升续航里程首先需要提高电池的能量密度,目前二次电池体系中,能提供最高能量密度是锂金属电池。而载重型植保无人机中,采用锂金属电池实现增程极富挑战。这是因为锂金属负极在大电流高面容量循环中会产生严重的粉化,从而导致电池内阻显著增加,无法满足高功率需求。此外,高功率容易生成锂枝晶,对电池带来巨大的安全隐患。

技术的进步都源于科学问题的长年研究来积累知识和提升认知。我们研究组工作人员长期研究锂金属电池,发现通过具有离子导电性的聚合物涂层技术以及原位SEI调控技术可以有效抑制锂粉化,显著提升了锂金属电池的循环和安全性能。另外,值得强调的是通过对单体关键材料体系和极片结构体系的优化,解决了电池系统无法兼顾高瞬时输出功率以及高续航能力的核心瓶颈问题。我们将开发的聚合物锂金属电池搭载中型植保机,实现其续航里程提高到三倍以上,远优于现有商品化无人机。该工作有助于提升了无人机的工作效率,同时拓展了无人机的应用场景,未来有望在疫情防控、海洋监测、孤岛运输等方面发挥更大的应用价值。

MVC:除了无人机之外,您课题组的工作还有哪些在进行科研转化呢?

CGL:我们团队正联合国内高比能固态电池的优势单位承担国家新能源汽车专项—-高比能固态电池技术项目,希望协力解决目前商品动力锂离子电池存在的安全性差、能量密度低带来的安全性差和续航时间短等瓶颈问题,重点突破固态电解质高通量筛选技术、全固态聚合物电解质的工程化制备技术等关键技术。可喜的是,在所有项目单位协力攻关下固态电池项目取得了不错的进展。

Work life balance

MVC: 科学工作之余,您最大的爱好是什么?

CGL:在科研工作间隙,我会抽时间健身,跑步、爬山,既可以锻炼身体,又可以释放压力调整自己。

Advice to youth

MVC:您认为科研人员最重要的品质是什么?

CGL:我认为科研人员最重要的品质是专注和锲而不舍,在研究方向上认准了研究方向就要坚持不懈地去做下去,常年积累会形成自己的特色工作或者标签工作。

MVC:您认为什么是科学家们崇高的志向?您对有志从事科学研究的青年学生有什么建议?

CGL:我是一个普通的科研工作者,代表不了科学家。我个人认为科学家们应该希望学以致用,通过科研积累知识和发展技术服务社会、造福人类。

建议:科研职业是通过研究积累知识和提升自己认知能力来开发工程技术,最终要学以致用反哺社会。然而,科研的道路上会有很多挑战和挫折。因此,做科研需要有耐心有毅力有恒心,面对困难要努力克服,不要轻言放弃,屡败屡战,才能取得最后的胜利;同时,青年学生需要大量阅读文献扩大知识面,开阔思路。在科研过程中一定要进行大量的试验校正、验证、深化和提升自己对科学问题认识,要勇于从失败中总结教训,善于从成功中归纳经验。

MVC:最后,您能否用简单的几个词形容下拥有快乐的实验室生活的关键?( “the key to a happy lab life”)

CGL:积极乐观,团队协作