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南理工高被引教授:“做科研要以應用為導向”,致力探秘新型儲能技術

作者:中國儲能網新聞中心 來源:《千人》雜志 發布時間:2019-03-14 瀏覽:次
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178时时彩计划群 www.rhnbd.icu “我做科研一般是以應用為導向,有了好的科研成果,我就會積極地推動其向應用轉化,以實際應用的產品為最終的研究目標?!?

文:《千人》雜志記者 何中花

原標題:夏暉:在儲能材料領域深耕10余載,探秘低成本、高性能、低污染電池技術

注:原文載于《千人》雜志2019年總第70期,轉載請注明來源,未注明來源轉載將視為侵權。

牛頓曾說:“我不知道世上的人對我怎樣評價。我卻這樣認為:我好像是在海上玩耍,時而發現一顆光滑的石子兒,時而發現一個美麗的貝殼而為之高興的孩子。盡管如此,那真理的海洋還是神秘地展現在我們面前?!笨蒲а芯啃枰ズ勸?、專注和激情,南京理工大學材料科學與工程學院教授夏暉身上,就折射出了這一科學精神和態度。從1996年至今,從北京到新加坡再到南京,夏暉一直專注于能源儲存材料與器件方面的研究,致力于開發低成本、高性能、低污染的新型儲能電池技術。

“面對資源枯竭,環境惡化所造成的能源?;?,人類已經意識到它的嚴重性,許多國家開始從節約能源,?;せ肪橙朧質醞冀餼瞿茉次;?,但卻無法改變現有化石及礦物能源資源的儲量有限性以及使用后對環境的污染這兩個不爭的事實,只能在一定程度上緩解?;?。解決能源?;侍獾母就揪妒且罷倚灤湍茉?,而能源材料與器件研究則是一個大的突破口?!畢年腿縭撬?。

興趣與機會同等重要

2000年和2003年,夏暉分別獲得了北京科技大學無機非金屬材料專業的本科和碩士學位;2007年獲得新加坡國立大學微系統用先進材料專業博士學位,隨后夏暉留校在機械工程系從事博士后研究直至2011年。

“我在北京科技大學完成了本科階段的學習,之后保送本校碩士研究生,師從李福燊教授,從事電化學氧傳感器研究。北科大幾年的學習,讓我在金屬氧化物材料和電化研究方面打下了扎實的理論基礎。碩士研究生畢業后,我前往新加坡國立大學/新加坡-麻省理工聯合研究生院就讀博士。由于屬于聯合培養形式,因此我有很多機會可以接觸到世界頂級科學家,聽他們講課,接受他們的指導,這培養出了我更強大的科研興趣。博士后期間,我作為主力,參與了多項與鋰離子電池和超級電容器相關的科研項目。我在做項目的過程中,獨立科研、指導學生的能力得到了很大程度上的提升?!?

北京科技大學和新加坡國立大學,這兩所高校在夏暉的求學生涯中均扮演著不可或缺的角色,對夏暉以后的科研和工作產生著深遠影響。

攻讀博士期間,夏暉師從新加坡國立大學機械工程系呂力教授。據了解,呂力教授在壓電和鐵電材料、能源材料等領域成果卓著。夏暉表示,呂力教授是一位很負責任的導師,會給學生的研究創造良好的實驗條件,積極與不同課題組合作,利用組外的實驗設備條件幫助學生完善實驗效果,并積極鼓勵學生參與各類獎項申報。

“在呂老師課題組讀博期間,在他的支持下,我成功申請到了新加坡國立大學的研究生校長獎學金和中國國家優秀自費留學生獎學金。我很慶幸遇到了呂老師,我很感激他?!?

夏暉

有觀點認為讀博壓力很大,也有調查顯示39%以上的博士研究生有抑郁或者焦慮癥狀,是正常人群的6倍以上。作為“過來人”,夏暉對此深有同感。他認為博士的壓力主要來自于科研工作進展不順利和畢業論文發表高要求,博士們對自己能否順利按期畢業、拿到博士畢業證沒有足夠的信心,極易產生嚴重的心理壓力。

“就我自己的經驗而言,我認為讀博首先要合理安排好學習計劃,研究應由淺至深,及時進行總結,并且要盡可能早地發表自己的第一篇論文,這樣就會大大增加自己科研工作的信心,減小壓力。其次,科研工作不是簡單的閉門造車,不能鉆牛角尖,遇到問題和困難應及時與導師和同學溝通。再次,要多看文獻,從前輩的工作和成果中獲取知識和靈感,從而使自身的研究受到啟發?!?

雖然在北京和新加坡讀書、學習、做研究,但2011年,完成博士后研究工作的夏暉選擇回到自己的家鄉——南京,加盟南京理工大學從事教學與科研工作?!氨舊砦業募以諛暇?,所以南京的高校是我工作的首選。另外,南京理工大學隸屬工信部(原國防科工委)七所高校之一,是理工類高校,比較重視應用型的研究,更適合我所做的科研工作。在我應聘南京理工大學的時候,南理工還沒有專門從事鋰離子電池研究的課題組,這對我本人來說也是一個很好的發展機會?!畢年吞寡?。

大規模儲能應用需求,

決定儲能材料高性能標準

新能源存儲材料及器件,包括二次鋰離子電池和超級電容器是夏暉一直以來的研究方向。儲能材料作為高效儲能裝置的關鍵,是大力發展清潔能源不可或缺的一環。夏暉認為,經過多年的發展,我國在二次電池以及儲能材料方面的研究已經取得了顯著進展,在某些電池體系、關鍵材料方面的研究也已超越了歐美和日韓,比如現在發展迅猛的車用動力電池。

“為了進一步提升鋰離子電池的能量密度,富鋰錳基的正極材料以及硅碳負極材料是目前研究的熱點和難點,我國需要在這兩個材料體系的研究上取得突破?!畢嘍雜陲胱擁緋?,目前超級電容器的市場較小,材料成本過高成為超級電容器應用的主要瓶頸,而目前商業化超級電容器所用的活性炭電極材料,主要依賴國外進口,因此高品質活性炭材料的國產化,也是我國目前在儲能材料研究方面亟待解決的核心問題。

超級電容器(Supercapacitor),又名電化學電容器(Electrochemical capacitor),是一種主要依靠雙電層和氧化還原贗電容、電荷儲存的新型儲能裝置。作為一種新型綠色的儲能器件,超級電容器兼有電池的高比能量和傳統物理電容器高比功率的優點,填補了上述兩種傳統儲能器件的空白。自本世紀初美國Maxwell、日本NEC及松下公司陸續推出成熟的市場產品后,超級電容器已經成功應用于混合動力汽車、風力發電、太陽能發電、軍工、智能電網及工業UPS等領域,并在工業控制、電力、交通運輸、智能儀表、消費類電子產品、國防、通信等眾多領域有著巨大的應用價值和市場潛力。

目前,鋰離子電池應用越來越貼近百姓生活,離子電池作為高效儲能器件已經在便攜式電子市場得到廣泛應用,并向電動汽車、智能電網和可再生能源大規模儲能等應用領域擴展。夏暉表示,隨著鋰離子電池應用范圍日益擴大,鋰的需求量大大增加,然而地球上鋰的資源有限,且分布不均,造成其價格日益增長,難以長期滿足大規模儲能的需求。

從大規模儲能的應用需求來看,理想的二次電池除具有優良的電化學性能外,還必須兼具資源豐富、價格低廉等社會經濟效益指標。因此,開發原材料來源廣泛、低成本、高性能的新型電池技術迫在眉睫。

“金屬鈉與鋰屬于元素周期表同一主族,具有相似的物理化學性質,且鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理基本相同,都是通過堿金屬離子在電極材料之間的嵌入脫出,來實現化學能與電能的相互轉化。與鋰相比,鈉資源在地殼中分布廣泛、豐度高(比鋰元素儲量高3個數量級),因此鈉離子電池作為低成本、大規模儲能應用具有很大優勢和可觀前景。

說到離子電池,就不得不提及新能源汽車。近年來,新能源汽車起火事件頻繁進入大眾視野,行業由“里程焦慮”轉入“安全焦慮”。新能源車的安全隱患主要是采用液體電解液的鋰離子電池造成的,由于其電解液的溶劑是可燃的,在電池受到破壞發生短路時可能會造成電池燃燒爆炸,從而引發安全事故。

夏暉表示,通過?;さ緶返納杓?、電解液的改性以及隔膜的改性,可以提高電池的安全性。另外,目前備受研究的全固態鋰離子電池(通過固態電解質取代液態電解液),也是一項可以有效提高電池安全性的新型電池技術。

有人說新能源車大勢已成,燃油車已成歷史。關于新能源車的發展前景,夏暉直言:“新能源汽車是必然的發展趨勢,但目前技術還沒有完全成熟,價格相比燃油車并沒有優勢,要在短時間內取代燃油車的可能性不大。隨著新能源汽車技術的進一步發展,動力電池能量密度的進一步提升,以及價格的不斷降低,新能源汽車的市場必然將發展得越來越大?!?

經驗談:做科研要以應用為導向

在南京理工大學工作8余年,夏暉不僅是一名科研工作者,也是一名教書育人的青年教師。對于高校教師來說,評職稱是對其一段時期工作成績的檢驗與評價,更是一場“榮譽之戰”。助教、講師、副教授、教授……“青椒”評職稱如同翻山,且一山更比一山高,以至于評職稱難成了不少高?!扒嘟貳鋇男鬧兄?。對此,夏暉亦深有感觸。

“我認為高校評職稱的機制總體來說是比較公平的,但學校在資源分配上會有所傾斜,在大課題組的青年教師機會較多、發展相對較快,而單打獨斗的年輕教師在發展過程中會遇到更多的困難和挫折。高校應該為年輕教師的發展提供更好的科研條件,比如基本的實驗室用房、足夠的研究生名額以及滿意的薪資等。把這些基本問題都解決了,科研人員自然就可以專注于科研,而不用為其他瑣事而分心?!?

到目前為止,夏暉已在多本國際SCI收錄期刊上發表論文140余篇,文章被引用7000余次。很早就有專家提出“科學研究不能以論文為導向”的觀點,對于這一觀點夏暉也十分認同,他并不只是為了發論文而發論文,而是想著將科學理論和實際應用更好地結合,讓人們在日常生活中享受到因科學進步帶來的便利。

“我做科研一般是以應用為導向,有了好的科研成果,我就會積極地推動其向應用轉化,以實際應用的產品為最終的研究目標?!畢年馱諶燙∧わ緋厴嫌兇?0多年的研究經驗,并在2016年成立了天津瑞晟暉能科技有限公司,結合自己的專業知識,專門研發固態薄膜電池,針對微電子及可穿戴電子器件開發高性能的薄膜電池產品。

除了發表論文數量可觀,夏暉也曾主持過國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等重大科研項目。夏暉表示,一個科研項目從立項到結項要想做好各個階段的工作,需在立項時對項目有詳細的計劃和安排,執行過程中嚴格按照計劃執行,并分階段進行總結,并且及時進行計劃調整和解決出現的問題。

因為熱愛,所以專注和飽含激情。在夏暉身上就有這種力量?!暗畢?,我會繼續聚焦關于能源存儲材料與器件方面的研究。未來,從大規模儲能的需求考慮,我將會開拓鎂離子電池以及鋁離子電池方面的研究,利用地球上資源多、成本低的材料來研發高性能儲能電池,為中國的能源儲存行業盡一份綿薄之力?!?

夏暉,南京理工大學材料科學與工程學院教授、博士生導師

關鍵字:儲能技術

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