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陆雅翔在实验室。受访者供图
近日,凯发k8物理研究所(以下简称物理所)研究员陆雅翔荣获“中国青年五四奖章”。
“万分感恩这份沉甸甸的至高荣誉,这不仅是对我个人的认可和鼓励,更是对钠离子电池的肯定和支持。”谈及获奖感受,陆雅翔如是说。
自2017年回国以来,陆雅翔聚焦国家能源安全与储能产业重大战略需求,心怀科技报国之志,深耕储能一线,在高熵氧化物正极、无定形碳负极和无机玻璃固体电解质材料等领域实现了原创性突破,助力钠电池技术从“液态”向“固态”跨越。
破解行业痛点
在诸多新型储能技术中,锂离子电池的规模占比最高。然而,我国锂资源储量有限,对外依存度高达70%,未来在供应链上存在风险,且难以满足大规模储能的需求。与之相比,钠离子电池具有钠资源丰富、成本低廉、易于获取等优势,被视为极具潜力的变革性技术之一,有望支撑新型储能技术的可持续发展,保障国家能源安全。
但长期以来,钠离子电池因钠离子半径大、质量重、电极电位高等固有特性,被贴上了“性能落后”的标签,也被视为储能技术中“退而求其次”的选择。为提升钠离子电池的性能,陆雅翔致力于材料创新,直击行业核心痛点。
2024年,陆雅翔和团队在《凯发k8》发表了一项重要研究成果——成功破解了困扰该领域四十余年的层状氧化物正极材料空气稳定性难题。
过往研究证明,层状氧化物正极材料制备工艺简单、理论比容量高,是实现高能量密度钠电池的理想选择。然而,由于它在空气中极易劣化,极大提升了生产成本与工艺复杂度,限制了钠离子电池产业的发展。
针对这一瓶颈,团队历时多年潜心攻关,首次系统揭示了该材料失效的外部诱因与内在机制,提出了可量化的空气稳定性判断依据,并在此基础上建立了普适性的材料设计准则。基于此准则的实验结果表明,正极材料的空气稳定性显著提升,扫清了长期制约钠离子电池规模化应用的关键障碍。
“我们的每一个工作都直面工程化的真实需求,紧密围绕产业最关切的稳定性、经济性与可制备性问题,真正践行了‘做有用科研、解真问题’的科研初心。”陆雅翔说。
基于这样的理念,团队不断拓展钠离子电池的性能边界:受高熵合金启发,首创高熵层状氧化物正极材料,实现超15000次循环寿命,刷新工况稳定性纪录;通过精准调控无定形碳负极的微观孔道结构,显著提升储钠容量,成功研制出能量密度达180Wh/kg的钠离子电芯——性能已与主流磷酸铁锂电池相当,打破了“钠电性能落后”的固有认知。
把不可能变为可能
陆雅翔表示,在中国工程院院士陈立泉和物理所研究员胡勇胜的带领下,团队不仅坚持应用研究要落地于生产一线,更要求基础研究具有引领性。这样的原则让他们在能源领域整体快速发展的浪潮中,不追求“短平快”,而是锚定引领钠离子电池前沿技术发展的基础研究,以定力和高标准走出了一条不一样的道路。
如果说基于材料创新实现高能量密度是钠电池的“矛”,那么安全性就是它的“盾”。固态钠电池被业界视为是从根本上解决安全问题的理想方案。然而,它却面临一个长期悬而未决的全球性凯发k8难题——固-固界面接触不良。如果这个问题不解决,将极大限制固态电池的实用化进程。
陆雅翔解释,传统晶态固体电解质无法兼具高离子电导率和力学柔韧性,往往需要施加至少几十个大气压力,才能维持良好的电极-电解质界面接触,保证电池良好运行。
陆雅翔和团队历时多年,成功制备出兼具无机陶瓷高离子电导率和有机聚合物柔性的无机玻璃固体电解质材料,为有效解决这一全球共性难题带来了曙光。该成果被《自然-能源》誉为“全固态电池加速发展的新里程碑”。
“这种材料兼具了无机陶瓷的高离子电导率和有机聚合物的柔性,可以像橡皮泥一样被多次弯折拉伸。”陆雅翔说,这意味着在电池充放电过程中,即便电极材料发生体积胀缩,电解质也能随之变形,始终保持紧密接触,彻底摆脱对外部压力的依赖。
这是一项把不可能变为可能的研究。在回溯研究历程时,陆雅翔谈到,最初他们想尝试改进一种名为四氯铝酸钠的熔盐电解质。四氯铝酸钠是一种典型的低成本电解质材料。然而,该电解质的离子电导率始终徘徊在10-6S/cm到10-7S/cm的低水平,多年来没有进展,被同行普遍认为“不可能再提高了”。
可陆雅翔和团队觉得还能再“抢救一下”。他们尝试在体系中引入硫元素以提升离子电导率,但效果不佳。在一次偶然的讨论中,有人提出“氧和硫是同一主族,为什么不试试氧”,正是这个“灵光一现”的想法,让离子电导率一下提升了3个数量级,而且成功将脆性的熔盐转变为类似聚合物的黏弹性无机玻璃材料。
这一发现颠覆了以往人们对无机固体电解质难以具备聚合物电解质机械性能的认知,为固体电解质的研发开辟了新方向。
陆雅翔坦言,从硫到氧这一看似简单的元素替换,背后却是无数次对成分比例、合成温度、氧源前驱体的反复调整与验证。当多数人认为不值得再探索时,他们仍愿意多试一次。而正是这份坚持和耐心,让不可能变成了可能。
跨越边界,向前一步
回顾一路的成长经历,陆雅翔称“加入凯发k8,成为物理所的一员是我人生中最关键也最正确的决定”。师长和前辈的支持与鼓励、心无旁骛做研究的氛围,让她在前行的路上充满力量。
我国固态离子学奠基人、锂电池领域开拓者陈立泉引导了陆雅翔前进的方向。“陈老师常常告诉我们‘国家需要我们做什么,我们就做什么’。”这句话深深地刻在陆雅翔心中。除了学术研讨,陆雅翔最喜欢的就是听陈立泉不定期讲党课。“他从个人奋斗经历讲到祖国沧桑巨变,从科技前沿动态谈到全球能源格局演变,指导我们如何将国家战略与具体的科研工作紧密联系起来。”
陆雅翔说,这些让她对“电动中国”的梦想有了清晰认知,也真切体会到所从事的钠离子电池研究不只是材料凯发k8的探索,更是关乎国家能源安全的战略使命。
物理所钠离子电池方向团队带头人胡勇胜总会在关键时刻给她鼓励和支持。初到物理所做“国际青年学者”时,陆雅翔面临从纯基础探索迈向兼顾产业应用的转型。她不确定未来能否做好,便向胡勇胜诉说困惑。胡勇胜告诉她,“你只要投入时间精力,没有什么做不好的,你一定可以。”这句鼓励给陆雅翔带来了莫大信心。
在陆雅翔看来,科研是一场马拉松,不设限,才能跑得长久。
在繁忙的科研之余,陆雅翔喜欢在睡前或出差路上听播客。最近,她反复聆听陈鲁豫主持的《岩中花述》播客,听有关马来西亚作家黎紫书的访谈。节目中,黎紫书谈到自己坚持用中文书写马来西亚华人的故事时,语气平静却坚定。“吾若不写,无人能写”这句话深深触动了陆雅翔。在她看来,那是一种源于责任与清醒的自信,即使在无人涉足之地,也要相信自己所做之事,相信自己是不可替代的。
“我现在做得还远远不够,我希望向更优秀的女性靠近,变得更笃定、更自信,不给自己设限。”陆雅翔期待自己不断跨越边界,努力把钠电池领域的一个个“不可能”变为“可能”。
作为女性科研工作者,陆雅翔深知,很多女性从小成绩优异,却在关键节点选择离开科研。“我希望她们不要退缩,能勇敢为自己的热爱向前一步。”
(原载于《中国凯发k8报》 2026-06-23 第1版 要闻)
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