科苑人物

李钰琦:“坚持去做,就是答案!”

  •   时代浪潮向前,青年立于潮头,高歌猛进。“我敢闯,我会创”,在第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛中,国科大师生实现了学校在该项赛事中的成绩突破。其中,2017级材料物理与化学专业直博生李钰琦负责的“无极电池——全球二次电池时代领军者”项目获得高教主赛道国赛金奖。持续钻研电池门道的李钰琦和他的团队成员带来了一款面向未来的电池——集合成本低、能量密度高及工艺过程安全便利等多重优势,命名“无极”。

    李钰琦在做电池测试

      长大后想做什么?在“95后”李钰琦的记忆里,那些充满未来感、科技感的画面,曾是他儿时阅读时的梦,如今依旧是他的梦。从小在油田长大,李钰琦看到了传统能源领域发展态势。“慢慢长大后,便想着:

      本科一年级时,李钰琦有机会接触到了中科院青岛生物能源与过程研究所,启蒙于中国锂电之父陈立泉院士与国际固态电池专家崔光磊研究员。在本科期间,他以学生第一作者身份,发表出学术生涯第一篇SCI论

      乘风而飞,李钰琦选择继续深造,跟随中科院院士、国科大博士生导师、中科院物理所研究员陈立泉,加入清洁能源重点实验室,成为国际钠电池专家、国科大博士生导师、中科院物理所研究员胡勇胜的一名博士生,专攻钠离子电池相关研究,在步步开垦中累积颗颗硕果……

      “如愿进入新能源领域的研发,紧跟着国家能源格局的未来发展趋势,希望学有所成,为家乡的新旧动能转换增添一份自己的力量。”李钰琦儿时的梦开始具象起来,他期盼设计出一款真正适合国人需求的电池。


    李钰琦在中科院清洁能源前沿研究重点实验室操作仪器

      2019年起,李钰琦“反其道而行之”,决定试试“低盐浓度电解液”这条没有探索过的道路。一时间,各种怀疑的声音纷至沓来。由于业内周知,低盐浓度可能会带来浓差极化,目前实际应用大多集中于标准的1 M浓度。而在钠离子电池的世界,超低盐浓度电解液走出了一条提高性能且降低成本的“新路”:“钠离子的斯托克斯半径和脱溶剂能比锂离子都要低,因此采用较低的钠盐浓度也许可以实现充足的动力学性能,同时又能减少昂贵钠盐的使用,这对于其大规模储能应用是有益的。”李钰琦认为,低盐浓度电解质化学为可充式电池在极端条件下的运行提供新的解决方案,预计会加速低成本和耐用储能系统的开发。相关研究成果以Energy Express形式发表于能源领域期刊ACS Energy Letters。据悉,Energy Express仅接收具有重大突破、具备紧迫性以及能引起广泛兴趣的通讯类工作。

      一步难,一步佳。追梦之路,洋溢花香,也布满荆棘。“经历过成果绽放的绚烂,也熬过了几个月的毫无进展之后,就会相信,没什么能困住自己,坚持去做,就是答案!”李钰琦说。

    李钰琦在装配电池

      在国科大攻读研究生时,李钰琦还记得自己用半年的时间“啃”了数百篇论文,“虽然导师当时任务交代只有一分钟,但我做了半年,对每一篇文献做了读书笔记,最后把所有的文献以及笔记整理打印出来,有整整一箱。

      “聚焦插层化学—离子电池的核心电化学反应,正是这半年的‘啃’功,导师交给了我第二项任务——写一篇具有特定主体的综述,也正是基于这半年的‘啃’功,我才能选择到石墨这一普适性宿主,将丰富多彩的插层反应与碱金属离子电池的发展历程串联起来。

      “反其道而行之”再次奏效了。李钰琦在一篇入选ESI高被引论文的综述中发现,使用更重的元素作为电荷载体不一定会带来更差的性能,相信未来还有更多其独特的优势与惊喜等待挖掘。

      追梦的路上,存在着各种未知,甚至是一时看不到光亮的路程,是否愿意不顾一切去把握,哪怕是一无所获?李钰琦用行动交了一份“敢闯”青年的答卷。

      参加创新创业大赛以来,李钰琦深刻体验到产学研紧密结合的巨大意义。“此前主要还是聚焦在‘闷头做研究’,现在希望,能拿出真正能走进千家万户的成果,这是一份更丰盈的幸福感与价值感。”

      跟随无极电池的迭代升级,李钰琦和项目伙伴们看到了未来产业化进程,看到了能源领域发展的痛点,看到了更大的世界。“在国科大创新创业学院老师们的帮助下,我们结识了很多厉害的产业专家,在前辈的点拨指引里,真切体会到项目迭代的方向,那是科研源头处努力的动力。”

      为了进一步降低钠电池成本与提升其能量密度,无极电池团队提出无负极电池设计方案——让来自正极的离子在集流体上发生金属钠的沉积作为真正的负极反应,使得制约钠电池发展的能量密度限制得到了大幅度提升

    团队的参赛项目

      “从磨合到出方案只有一个月,所幸大家目标一致。”李钰琦与其他成员分工合作,大家通过线上打破距离壁垒,用默契追回更多时间。无负极电池的创新性设计使得其同时拥有制造成本低、能量密度高及工艺过程安全便利等独特优势,但有限的钠源导致容易形成钠枝晶,使循环寿命大打折扣。“我们队战术策略就是见招拆招,一方面,努力将每一步迭代设计,另一方面,队员在面对挑战时都非常乐观。”李钰琦笑言,励志是要跳出舒适圈去尝试,不要怕追梦路上的各种变数。伙伴们针对“寿命”问题进一步思考,引入协同三重界面工程,实现无枝晶的金属钠沉积,最终有效解决了其循环寿命短的痛点问题。

    李钰琦(左一)和团队成员

      “2019年诺贝尔化学奖颁发给了锂离子电池领域专家,我也非常希望能向该领域的顶尖科学家学习。”李钰琦发现,2020年诺贝尔奖获得者大会的主题很特别,聚焦交叉学科,而有关电池研究正建基于物理、化学、材料、电子等诸多学科背景,“我鼓起勇气,决定尝试申请一下。”自1951年起,德国林岛“诺贝尔奖获得者大会”每年都会邀请物理、化学等领域的诺贝尔奖获得者与全球范围内选拔出来的优秀博士生研讨未来科学的发展,为顶尖科学家与青年科学家搭建学术碰撞交流的桥梁。经过层层选拔,李钰琦成为2020年30名中国代表团成员之一。

      “如果总是‘不敢’,觉得‘和我无关’,那我可能从来不会有这样的机会。”拿到入场券的幸运,很快被一种责任和使命感压过。李钰琦在大会上见到了各国科研发展的强劲势头,在交流中致敬许多前辈偶像,也希望用自身的科研成果发出中国科研青年之声……

      心系时代,敢于创造无限可能。世界才能在希望中勇往直前。2020年9月,中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。李钰琦跟随清洁能源团队,致力于尽早实现钠离子电池产业化。这项真正能走进千家万户的技术,蕴藏机遇,又饱含挑战。

    李钰琦

      和导师胡勇胜第一次探讨博士课题时,李钰琦头脑中第一次勾勒出了由锂电池牢牢占据的电池技术版图,发展一种新型电池技术成为实现双碳目标的重要支撑。随着产能不断扩大,加之大国资源博弈,碳酸锂价格在两年内上涨十倍。但锂资源在地壳中的丰度极低,全球分布不均匀,且主要分布在美洲等地,如何找到资源丰富、低成本、高性能的替代材料,成为我们锚定钠电池的出发点。”团队希望打造更优的性能、更低的成本,以及更多相关新兴技术的加持。“最近计划利用材料技术、AI技术等交叉领域技术,再‘试探’一把电池技术的边界。”李钰琦的追梦之旅,仍在继续。


    责编 :韩明瑞