作者:刘如楠 来源:中国科学报 发布时间:2019/9/15 18:02:46
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陈军:深耕电池三十载

 

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陈军,无机化学家,中国科学院院士。南开大学副校长、先进能源材料化学教育部重点实验室主任。在电极材料制备与高能电池领域做出了重要创新性贡献,获2011年度国家自然科学奖二等奖、2018年全国“五一”劳动奖章。

 

最近,陈军越来越忙了,被破格提拔为南开大学副校长之后,他的办公桌上堆满了待读的文件。白天的时间总被公务排满,他只能利用晚上或者周末与学生们在一起,每周一次的组会也不得不调整了时间。

对他的学生们来说,导师忙于学校公务并不意味着学生压力的减小。博士生卢勇前不久发表的一篇文章,仍然被导师陈军指导、修改了七八遍,哪个学生的课题进展、论文撰写出了问题,都会很快被陈军关注到。

在繁忙工作的间隙,陈军向《中国科学报》的记者分享了他的成长、科研经历。

学术生涯中最重要的人

对陈军来说,电池是他学术生涯中最重要的关键词。从1989年接触电池研究算起,他已在这一领域耕耘了三十载。

“电池把储存的化学能转化成电能,研究重点在于提高转化效率和储存密度。我们的研究就是通过纳米化学和能源材料的交叉学科研究,探索使用新材料,从这两方面优化电池效能,实现更高效的能量转化,获得更清洁的电能。”陈军说。

他也确实做到了。他曾带领团队,在室温条件下研制出了成本低廉、性能优良的“可充锌空气电池”;研发出了高容量、高稳定性的金属氧化物电极材料,康奈尔大学材料化学家阿彻(Archer)评价其材料“已成为下一代锂离子电池高能电极材料的研究范例”;他构建出“新型钠/镁—硫化物”电池,被该领域专家认为“在低成本和稳定的钠离子电池应用中展现出光明的前景”。

可在30年前,电池却是个冷门方向,陈军选择电池研究也有些偶然。他回忆,在大三的一次考研动员会后,时任化学系系主任的张允什没立即离开,陈军便向他咨询考研的专业。因为当时难以查询到专业信息,老师就成了陈军最信赖的人。张允什罗列了几个本校的专业,并告诉他,“我是研究电池的,电池将来会服务人类。”

张允什老师一句话令他印象深刻:“人类社会是移动社会,而移动社会一定需要一个移动的能源,不可能走到哪儿都拉着一根电线,这个移动的能源就是电池。”正是这一席话激发了陈军最初的兴趣,选择了无机化学专业的电池方向。

在陈军看来,张允什是把他领进学术殿堂之门的启蒙恩师,他一直心怀感恩。

跟种田相比,这点苦不算什么

确定专业之后,陈军说自己像是进入了知识的浩瀚大海一样。电池看起来普普通通,里面却有正负极、隔膜、电解液等部分,而正负极是无机材料,隔膜是有机高分子材料,电解液是有机和无机的复合材料,每一个部分都不一样,都需要学习。

“越学越感到自己的渺小,面对无穷的知识和困惑,只有两条路:要么往前走,要么放弃。同行的很多人都退缩了,但我一直有强烈的兴趣,从没想过放弃。因为跟种田相比,这个苦不算什么。”陈军说。

陈军出生在一个地道的农民家庭,他从小就体验过面朝黄土背朝天的生活。上大学以后,每年的暑假都要回去干农活,陈军介绍说,早稻收割完,迎着大太阳插晚稻秧苗时最辛苦,田里都是泥水,没法休息。而晚上回去还要把收回来的早稻打出来,常常要劳作到半夜。

“在后来的人生中,不论遇到什么苦,我都能保持乐观。我总觉得,农活的苦我都受过了,这还算得了什么呢?”

市场最能催生科技的发展

陈军觉得自己是幸运的,他见证了电池从冷门到热门、一代代从实验室研究到产业化应用的发展历程。

上世纪80年代末到90年代,随着“大哥大”的出现,市场对可充电电池如镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池等的需求越来越大,陈军跟随导师张允什,在进行基础研究的同时也与产业相结合。

“当一种科学技术碰到市场时,就会很快催生它的发展,历史上的科技革命都是这样。”陈军说。

对于如今有着广阔前景的新能源电池,陈军认为无论是在电动汽车还是在可再生能源规模储能领域,现在还不能满足高容量等需求。“如果想要高容量,就要在车上装很多的电池,这很不现实。而在可再生能源规模储能方面,电池容量还差得太远。”

另外,电动汽车电池寿命短、造价高,主要依靠国家补贴不是长久之计,还要通过技术创新来破题。他也一直在做这样的努力,这个领域需要潜心研究和产学研深度融合。

最近,陈军和团队正在利用丰富的碳、氢、氧元素,研制目前有机电极材料容量最高的环己六酮,并开展其电池应用基础研究。他希望未来能够研制出高效清洁、容量更大、成本更低、寿命更长的电池,同时通过产学研合作,获得规模化的应用,造福人类社会,这也是他一直以来的人生目标。

 

代表论著:

1. Cheng, F., Shen, J., Peng, B., Pan, Y., Tao, Z., & Chen, J. (2011). Rapid room-temperature synthesis of nanocrystalline spinels as oxygen reduction and evolution electrocatalysts. Nature chemistry, 3(1), 79.

2. Hu, X., Li, Z., Zhao, Y., Sun, J., Zhao, Q., Wang, J., ... & Chen, J. (2017). Quasi–solid state rechargeable Na-CO2 batteries with reduced graphene oxide Na anodes. Science advances, 3(2), e1602396.

 
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