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能源是人類社會(hui) 發展的動力。近年來，隨著全球“碳達峰、碳中和”發展目標的確定，基於(yu) 可再生能源利用的大規模儲(chu) 能和新能源汽車的普及推廣也成為(wei) 發展的必然趨勢，人們(men) 對於(yu) 安全、環保、高能量密度、低成本電池的需求愈加迫切，這也對科學家們(men) 探索新一代電池提出了更高的要求。在這一背景下，水係鋅離子電池因為(wei) 高安全、低成本和環境友好等特性被認為(wei) 是極具潛力的可持續儲(chu) 能技術之一。鄭州大學物理學院教授李新亮的研究方向就與(yu) 這一領域密切相關(guan) 。

▲李新亮

多年如一日，李新亮腳踏實地投身在科研工作中，在水係電池/鹵素電池儲(chu) 能體(ti) 係，以及電磁波吸收/屏蔽器件研發中取得了一係列創新性科研成果。“有幸的是，我的個(ge) 人研究興(xing) 趣與(yu) 國家戰略發展需求相契合，為(wei) 此攻堅克難，求是擔當。”他說。

腳踏實地，一步步走上科研道路

凡事都要腳踏實地去做，為(wei) 之則易，不為(wei) 則難。李新亮的科研之路更像是大多數普通學子的寫(xie) 照。2011年他考入鄭州輕工業(ye) 大學物理與(yu) 電子工程專(zhuan) 業(ye) ，儲(chu) 能方向的研究在當時並不算熱門。大學階段，他懷揣夢想的同時，感受到更多的是迷茫。

隨著對於(yu) 儲(chu) 能研究的深入學習(xi) ，李新亮逐漸發現這一領域的科研成果是切切實實能夠落地進行應用轉化的。為(wei) 了能夠更深入學習(xi) 相關(guan) 領域的科研星空体育官网入口网站，本科畢業(ye) 後他又相繼在西北工業(ye) 大學、香港城市大學攻讀碩士和博士學位。也正是在之後的階段，他遇到了對自己科研生涯有著重要影響的殷小瑋教授、支春義(yi) 教授。

李新亮直言，自己本科畢業(ye) 後經曆了一段迷茫的時期，正是在碩士生導師殷小瑋教授的指導下，將研究方向定在了抗輻射材料，一步步走上了科研的道路。在香港城市大學期間，李新亮在博士生導師支春義(yi) 教授的指導下，將抗輻射材料研究與(yu) 儲(chu) 能課題相結合，開展安全儲(chu) 能和柔性可穿戴電子相關(guan) 的研究，以服務於(yu) 國家在民用和重要領域的潛在需求。除此之外，攻讀碩博學位期間，兩(liang) 位導師給李新亮提供了十分自由的科研環境，讓他能夠發揮自己的主觀能動性，在興(xing) 趣的驅使下不斷探索前行。“一開始，我對於(yu) 科研的規劃與(yu) 未來的目標是模糊的，正是在他們(men) 的一步步引領下，我成長了許多，沒有他們(men) 的幫助，我想我沒什麽(me) 機會(hui) 走上這條科研之路。”李新亮說。

為(wei) 了讓自己所做的科研工作盡快落地，博士畢業(ye) 後，李新亮加入香港城市大學-香港大鋅能源有限公司從(cong) 事安全儲(chu) 能科學研究。李新亮深知：從(cong) 實驗室到企業(ye) 應用還有很長的路要走，特別是實驗室的研究成果到大批量產(chan) 品生產(chan) 這一過程中，會(hui) 遇到諸多“放大型”問題與(yu) 困境。而在香港大鋅能源有限公司工作的這段時間，李新亮嚐試將科研工作從(cong) 問題導向到研究導向、應用導向進行了轉變，這為(wei) 他今後的科研選題提供了更為(wei) 全麵的視角。

立足現狀，創新水係電池研究

2020年9月，中國明確提出2030年“碳達峰”與(yu) 2060年“碳中和”目標。

在新能源成為(wei) 趨勢的今天，電池已廣泛應用於(yu) 新能源汽車、消費類電子設備及各式儲(chu) 能電源係統中。在這一社會(hui) 背景下，李新亮肩負科研人員的責任，迫切想要在相關(guan) 領域中做些什麽(me) 。

眾(zhong) 所周知，新能源汽車中廣泛應用的鋰離子電池，具有能量密度高、體(ti) 積小、重量輕、使用壽命長等優(you) 點。然而，鋰電池要求極高的密封性，尤其是在服役期間要隔絕水氧環境，一旦電池遭遇諸如碰撞、擠壓等破壞電池封裝的突發情形時，電芯極有可能觸發一連串鏈式放熱反應，甚至起火爆炸……在這一背景下，李新亮認為(wei) 開發更具安全性、更綠色、更穩定的水係電池來滿足極其注重電池安全特性的安全儲(chu) 能領域的需求刻不容緩，尤其是與(yu) 人體(ti) 直接接觸的可穿戴電子甚至內(nei) 植入型醫療設備。

李新亮介紹說，水係電池作為(wei) 一種新興(xing) 的電池技術，具有內(nei) 在的安全性和快速充放電能力，能夠延長電池的使用壽命和讓電池具備應對多種嚴(yan) 苛儲(chu) 能/供能情景的能力，在可再生能源儲(chu) 存係統、電動車輛和便攜式電子產(chan) 品等領域具有廣闊的應用前景。“所以我們(men) 現在研究的主要方向就是通過研發水係電池，以填補當前鋰離子電池不適用的安全儲(chu) 能市場的供應鏈空白，同時在未來的研究中，我們(men) 也考慮將複雜電磁/紅外背景下的輻射問題納入服役安全性的動態評估範圍之內(nei) 。”他說。

在這一過程中，李新亮和研究團隊首先對水係電池進行了整體(ti) 設計，以確保電池各部分組件的高度適配。其次，他們(men) 引入了溫度和電壓監控係統，以及過電流和過壓保護裝置，實時監測電池運行狀態，追蹤異常情況的發生。此外，他們(men) 還通過電極和電解質的改性，在提升電化學性能的同時減少水係電池服役過程中可能的副反應，從(cong) 而提高水係電池的安全性和穩定性。

水係電池中的電解質載體(ti) ——水是一種低成本、可再生且環境友好的溶劑，相較於(yu) 傳(chuan) 統有機電池中的有機溶劑，水具有內(nei) 在的安全性，並且成本更低，對環境的影響小。此外，水係電池還具有可再生性，水和金屬鹽是可再生資源，通過再生或回收利用可以降低資源消耗，並減少對稀有金屬的需求。然而，以水作為(wei) 電解質，有一個(ge) 弊端，那就是水的穩定電壓窗口較窄，而且可能與(yu) 電極發生副反應，尤其是金屬負極端，導致電池服役壽命的降低。在相關(guan) 研究成果的基礎上，李新亮也致力於(yu) 開發新型高能量密度鹵素電池。

由於(yu) 鹵素具有氧化還原電位高、成本低、資源豐(feng) 富等優(you) 點，在電極材料中表現出極大的應用前景。在這一背景下，李新亮團隊提出了一種高效的電解液調製策略來實現鹵素在轉化型儲(chu) 能體(ti) 係中的可逆多價(jia) 態轉變，並選取更為(wei) 安全的鹵化鹽作為(wei) 活性鹵素源替代傳(chuan) 統鹵素單質作為(wei) 概念驗證，構建了前所未有的基於(yu) 多電子轉化化學的高性能鹵素轉化電池。值得一提的是，他們(men) 通過一係列科研探索，成功將鹵素電池的能量密度提升到原始數值的200%以上，顯著提升了鹵素電池儲(chu) 能能力。此外，李新亮團隊開發的新型氧化還原機製表現出卓越的低溫適應性，極大地拓寬了鹵素電池的應用場景。

放平心態，推進科研攻關(guan)

科學研究，久久為(wei) 功。李新亮深知，水係電池性能的提升不是一蹴而就的，有時候一項性能的測試可能要一年或者幾年才會(hui) 看到成效，其中必定會(hui) 遇到一係列問題。“遇到問題時，首先我們(men) 一定要廣泛地閱讀文獻，吸取他人的經驗和教訓，其次一定要和自己的導師、同事相互探討，進行頭腦風暴，總是會(hui) 有收獲的。”李新亮說。

2023年，對於(yu) 李新亮來說是人生新的轉折點，這一年三十而立的他回到了自己的故鄉(xiang) 河南，來到了鄭州大學物理學院開展科研工作。“總是要有人回來填補‘科技窪地’的，我不過是其中的一分子。”他說。作為(wei) 引進科研人才，無論是河南省還是鄭州大學及鄭州大學物理學院，在生活和科研環境方麵都給了李新亮很大的支撐，幫助他消除後顧之憂。如今，半年多的時間，他在馬不停蹄組建自己科研團隊的同時，也根據自己的研究基礎，確定了未來的工作方向。“首先，我們(men) 以提升電池的性能和穩定性為(wei) 目標，針對領域內(nei) 前沿方向和開放科學問題製訂一些探索方案，通過大量的科研實踐，去判斷相關(guan) 方案是否具有可行性。在此期間，如果能夠切實解決(jue) 一些技術難題，提出一些基礎創新理論模型，推進領域向前走一小步，就再好不過了。”他說。

路漫漫其修遠兮，在水係電池技術開發探索中，失敗和挫折是再平常不過的事，但李新亮始終堅信付出總會(hui) 有收獲。在不久的將來，他希望能夠打造一個(ge) 獨具特色的以複雜安全儲(chu) 能為(wei) 基礎的科研團隊，將研究方向瞄準國家的重大科技需求，努力作出自己的貢獻。“隨著技術進步和經濟可行性的提高，我們(men) 可以期待在未來幾年內(nei) 看到水係電池技術逐漸進入市場，為(wei) 國家、為(wei) 社會(hui) 、為(wei) 普通消費者提供更可靠、環保的安全能源解決(jue) 方案。”李新亮滿懷信心地說。

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