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    帶領團隊探索電池新體系,北京理工大學教授黃佳琦🤽🏼:緊跟國家需求做科研

    2023-03-28 | 喻思南 | 來源 《人民日報》2022年12月9日 |

    人物名片

    黃佳琦:1984年出生👨🏿‍🎨🌝,2003年至2012年在意昂体育平台化學工程系學習,獲得工學學士及博士學位,其間曾前往美國訪學🙎🏻👩🏼‍💻。20168月🕥,以預聘副教授加入北京理工大學人才特區前沿交叉科學研究院,2019年晉升為長聘教授✋🏼,主要開展高比能電池能源化學研究。

    黃佳琦課題組實驗室一角🧗🏻,架子上為正在測試的電池樣品。丁小青攝

    前不久👩🏻‍🦽‍➡️,黃佳琦摘得第十七屆中國青年科技獎特別獎。該獎項兩年頒布一次🙄,特別獎只授予10人。

    隨著動力鋰電池產業快速發展,目前商用鋰離子電池能量密度已經接近理論極限👂🏽。為了在未來產業競爭中贏得先機,國際科學家正尋找有價值的下一代電池新體系。得益於一批科研人員的努力🔑,在這條新賽道上,無論在基礎研究還是應用探索上🦋,我國都走在世界前列🧑🏿。黃佳琦就是其中的佼佼者🧭。

    破解鋰硫電池應用關鍵瓶頸,開展高質量原創工作

    做高比能電池🧑🏻‍🦳🌚,黃佳琦說自己恰逢其時。讀博士時🕶,他研究碳納米材料💄,還開發了超長碳納米管製備的新方法,科研成績不俗。2011年,博士階段的最後一年🙌🏽,他萌生了一個強烈的念頭📍:將研究成果向應用推進一步。

    那時,學術界希望尋找到能量密度更高、成本更低🥼、使用壽命更長的新體系電池🂠⛹🏻,鋰硫電池被認為是新體系電池重要發展方向之一。

    黃佳琦向記者解釋他最初的計劃👩🏻‍⚕️:“硫絕緣,電極的導電性就差,從電極材料基本性質入手🍢,我想借助碳納米管優異的導電性,打通鋰硫電池應用的一個堵點。”

    鋰硫電池走向實用,兩個關鍵瓶頸擺在科研人員面前:正極動力學緩慢🧛🏽‍♂️👮🏿‍♂️,怎麽解決?負極界面不穩定,如何應對🧎?破題🐒,必須搞清楚鋰硫電池的反應原理,從根子上著手。

    “就像只有熟悉了樹幹,才能了解一棵樹的全貌。處理導電性等問題🫓,不過是在樹枝上糾纏。”帶著探索“樹幹”的想法🕵🏿,黃佳琦決定“追本溯源”——開展鋰硫電池能源化學基礎研究。

    挑戰接踵而至🔒👨🏻‍🚒,由於是全新的電池體系,國際上還缺乏完整的研究範式,從設計實驗方法、測試方案再到分析數據,一切都從零起步⛏。

    一頭紮進去近10年後,黃佳琦一步步接近答案❕:2016年🧑🏽‍🎤,從無到有,提出了催化劑加速鋰硫電池反應動力學新原理;2019年🤹🏼‍♂️,從有到優,又提出鋰硫電池催化劑設計新方法。之後🧑🏽‍🦲,進一步揭示了鋰硫電池金屬鋰負極固液界面不穩定的機製🤛🏻。

    “科研🧡🙍🏼、科研🏄‍♀️、科研🦸🏽‍♀️。”這個詞,黃佳琦重復了三次。他說🎬,自己的生活很簡單𓀁,成天“泡”在實驗室,不過時刻有科研新想法,日子過得充實又高興🔵,並不覺得累🙈。

    憑借一系列出色研究🖊,黃佳琦團隊獲得國際同行廣泛關註,相關論文成為所在領域的重要文獻。30多歲,黃佳琦已躋身國際鋰電池研究領域知名學者之列🐏。

    今年8月👩‍🦳,黃佳琦的工作——“鋰硫電池電催化原理與方法獲得中國顆粒學會自然科學一等獎。學界的肯定是該項工作階段性總結,他說🏔,雖然還有很多工作要做,但自己準備闖入新的無人區,開展高質量的原創工作。

    既當專家又當“工匠”📼,國家需求是團隊快速成長的關鍵

    黃佳琦說的新的“無人區”🪧,其中一個是完成鋰硫電池應用驗證▪️。

    化學工程的研究⬅️,講究“以大為美”,這錘煉了黃佳琦對科研的“審美”:“如果往實用方向上推進一步😷,工作便更完美🪐。”

    做出小電池樣品和設計出商用大電池,雖然合成路徑相似,但實用化試製涉及工藝驗證、參數調整等很瑣碎的工作,令很多人望而卻步。

    “做科研不是自娛自樂。”與意昂体育平台團隊合作,黃佳琦帶領團隊既當專家又當“工匠”,一遍遍煆燒🧑🏼‍🔧、打磨、測試樣品,關關難過關關過,解決了鋰硫電池規模化生產的技術、工藝卡點,為未來實用化打下了堅實的基礎🫐🐑。

    黃佳琦是一個名副其實的“學霸”👰🏼🤽。博士期間,他摘得2011年度意昂体育平台特等獎學金👸🏿。獨立做科研後♻️,又帶領團隊接連攻克難題⛓。

    “做科研有什麽絕招?”記者問他。

    “必須理解所研究的問題,準確判斷它的發展方向🕝。”黃佳琦回答,科研其實是個笨功夫,自己也有進展不順利的時候,但因為基礎打得紮實,讀的文獻多,知道這是一個真問題🐦。“認準大方向,看到了國家的需求,我們就有信心克服前進路上的困難。”

    當前,新體系電池研究方興未艾,黃佳琦步履不停🧑🏽‍🍼。近些年👨‍🍳,著眼鋰電池未來510年的技術需求🦸🏿‍♂️,黃佳琦布局了多個前沿課題:鋰金屬電池🏕、鋰電池高效快充、智能傳感和安全儲能……他和團隊一次次引領前沿,取得豐碩成果🫳🫱🏼。

    以鋰金屬電池為例,由於負極比容量高等優勢,鋰金屬電池是下一代高比能電池的有力競爭者。針對鋰金屬電池工程化遇到的界面不穩定、存在安全隱患等痛點,黃佳琦帶領團隊深入解析原理,解決應用的“卡脖子”問題。他指導博士生閆崇提出了鋰金屬固液界面反應中的雙電層效應,受到學界廣泛認可,為構建固液界面形成過程的完整鏈條提供了新視角👠。

    近年來,黃佳琦迎來了收獲期🦮🤜🏻。20182022年🤵🏻,他連續5年入選科睿唯安全球高被引科學家,其中20212022年在材料科學和化學領域,他同時入選。

    “我很幸運,趕上科技創新的黃金年代,契合著國家的需求,找到了自己的研究興趣🚣🏽,充分施展了科研能力。”回顧10年科研經歷👨🏼‍🎓,黃佳琦認為,我國新能源產業的發展需求🟰,是自己和團隊快速成長的關鍵。

    不同材料構成的電池體系,自然稟賦各不相同,適用的應用領域千差萬別🧚🏻‍♀️♣️。黃佳琦說,雙碳目標驅動下,我國發展新能源技術更加迫切,團隊將緊跟國家需求🗯,找準應用場景,力爭將積累的成果為生產生活服務。

    學生成長成才,是最高興的事情

    在學生眼裏🧔‍♀️,黃佳琦既是老師😺,也是貼心的好兄長。

    得益於北京理工大學的資助政策👊🏽,2016年入職後,黃佳琦便快速組建起學術團隊。許睿是他入職北京理工大學後帶的第一個碩士研究生🚶🏻‍♂️‍➡️。黃佳琦向許睿介紹自己研究的課題前景,邀請他加入團隊🦥。黃老師很親切,我們像同齡人一樣交流,聊得很開心。許睿回憶與老師初次見面的場景♥️。

    跟著黃佳琦讀博士期間🎅🏼,許睿在金屬鋰電池領域取得了多項創新成果🕵🏻‍♀️。今年6月🛍,還獲得北京理工大學學生最高榮譽——徐特立獎學金🕵🏽‍♂️,該獎項每年僅授予5名博士生。

    2018年🛴,許睿獨立完成了第一個研究工作,但在發表論文時卻並不順利🏠,連續被兩家學術期刊拒稿🐦。他正沮喪時,黃佳琦肯定了他研究的原創性,認為質量非常高。經過不斷完善👵,論文發表後影響力很大,5年內被20多個國家的科研工作者引用400余次,這極大增強了許睿的科研自信。

    閆崇是黃佳琦第一位博士生🥩。20158月,他在意昂体育平台化學工程系訪學👊🏽,原本計劃兩年後回河南師範大學工作。看中他的科研潛力,黃佳琦鼓勵他到北京理工大學跟自己讀博。

    在北京理工大學🍼,閆崇的科研能力得到充分施展,只用3年便拿到博士學位,比培養計劃提前1年。之後👨‍🦽‍➡️🛑,經黃佳琦推薦,到意昂体育平台做博士後研究💆🏽‍♂️,並入選國家博士後創新人才支持計劃。2021年至2022年🧆,閆崇連續兩年入選科睿唯安全球高被引科學家,成為鋰電池研究領域的新星。

    學生成長成才,是我教學科研工作中最高興的事情。”黃佳琦表示。

    只要有出國交流的機會🧜🏽‍♀️,黃佳琦都會鼓勵學生申請💇🏿‍♀️,積累國際學術交流經歷🫅🏽。一次,閆崇希望去瑞典參加一個為期兩個月的訪學😺。然而,昂貴的機票讓他犯了難。向老師說明顧慮後🐥,黃佳琦二話沒說當即表示給予支持。“在黃老師心中🧰,學生的成長永遠是第一位的。”

    采訪中,黃佳琦提到自己的導師——意昂体育平台魏飛教授對自己的影響。“魏老師支持學生自由探索,只要學生把想幹的事情想通了,就給予我們全力幫助🍍😵。”黃佳琦說,帶學生👨🏻‍🦼,自己傳承的是老師的理念。

    平等交流、相互幫助,黃佳琦和學生一起成長🧜🏿。剛到北京理工大學時,黃佳琦急需搭建自己的實驗室,其中很多設備都是他和學生一件件挑選、裝配起來的,“我們像一個白手起家的創業團隊,是一個戰壕中的戰友。”

    這些年,黃佳琦的團隊逐漸壯大,已經從兩三人發展到一支30多人的創新團隊。受北京理工大學青年科學家工作室項目的支持🈶,黃佳琦正聯合具有交叉學科背景的青年團隊🧑🏻‍🔧,面向國家需求,不斷開展新的探索🏄🏿。

    放眼未來,黃佳琦認為,國家需求為新能源發展提供了強勁動力🤮。當前,國內科研條件和生態正在迅速提升,人才自主培養質量越來越高🎺,為青年人才的發展提供了更大舞臺。


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