王腾锐 受访者供图

■本报见习记者 杜珊妮

深夜，校园早已被夜色吞没，而实验楼依旧灯火通明。连续拍摄了一整天的电镜图，王腾锐早已身心俱疲，但面对屡屡失败的实验结果，他依旧不肯放弃，又一次将希望“押注”在新制备的样品上。

屏幕上逐渐清晰的图像，再度击碎了他的希冀——灰白交错间，一道裂纹赫然浮现。更讽刺的是，这道裂纹并非随意游走的曲线，而是工整地勾勒出一个端正的“人”字，仿佛有意嘲弄他不知疲倦的执着。他盯着裂纹愣了许久，随即苦笑一声，喃喃自语道：“唉，又是被实验教做人的一天！”

每当回想起深夜被亲手烧制的样品“教做人”的那一刻，王腾锐就会忍不住笑出声。因为那一笔一画间镌刻的，不仅是失败的荒诞回应，更是科研之路上最真实、最有趣的成长印记。

近日，同济大学材料科学与工程学院2020级博士生王腾锐以第一作者身份发表了个人首篇《科学》论文，首次揭示了固态锂电池金属锂负极疲劳失效的新机制。

一颗怀疑的种子

这项研究的起点，要追溯至王腾锐博士生涯早期的一次意外发现。

2021年，他正为一篇即将发表的论文补充数据。在处理扩散系数的数据时，王腾锐意外发现了一个反常现象：性能最稳定的锂-氟化铝复合负极的样品，恰恰是扩散速度最慢的。

面对这个“不合理”的实验结果，王腾锐第一次对既有理论的框架产生了动摇。“这种感觉就像走在一条熟悉的老路上，忽然被一块石头绊了一下——虽然不大，却足以让我停下来，重新审视整条路径。”自此，一颗怀疑的种子在他的心中种下。

近年来，随着新能源汽车的蓬勃发展，人们对动力电池的能量密度和安全性提出了更高要求，锂电池固态化被认为是提升这两项性能的革命性解决方案。但在固态锂电池的运行过程中，因锂枝晶生长引发的电池失效问题一直难以解决。而王腾锐的发现，正触及这一核心难题。

固态电池的失效常归因于界面衰退。此前的理论普遍认为，锂金属动力学差且锂扩散速度较慢，是导致界面失效的主要原因。但在这项研究中，研究团队首次揭示了锂金属疲劳现象，并提出锂金属疲劳失效机制。

“疲劳是锂金属固有的特性，就像不锈钢以及其他金属一样，其在固态锂电池中也遵循经典的疲劳定律。锂金属疲劳正是造成固态电池衰退和枝晶生长的‘元凶’之一。”王腾锐解释说。

无论是在金属材料领域还是在日常生活中，“疲劳”都不是陌生词，但此前从未有人将这一基础力学概念与电池失效联系起来。科研中，往往存在思维惯性，而对“不寻常”的敏锐感知，正是王腾锐揭示锂金属疲劳失效机制的起点。

在他看来，真正推动科研进步的，正是对“理所当然”之处保持怀疑的勇气——当实验数据与理论预期持续矛盾时，他选择相信客观的数据结果，拒绝被先入为主的认知所左右。

“锂金属会疲劳”

“锂金属会疲劳。”在介绍这项发表于《科学》的研究成果时，王腾锐仅用6个字便道出了其核心机理。但从初现端倪到最终验证新机理的存在，他走过了一段漫长而曲折的探索之路。

固态电池固固界面表征是横亘在王腾锐和团队面前的第一座大山。

起初，他尝试用传统的非原位电镜进行表征。但是，由于固固界面的截面对空气极为敏感，电池一旦被拆解观察，就无法再循环使用，所以每次实验只能捕捉到一个静态状态，前后之间不连续。

在最初的两年时间里，研究进展缓慢得令人心焦。

为突破瓶颈，团队最终决定另辟蹊径——根据实验需求自主改造原位电镜设备。然而，初运行时，设备系统处处“闹脾气”——导线接触不良、信号漂移、成像模糊等问题层出不穷，调试工作一度异常艰难。此外，样品制备和转移同样充满挑战。

“实验一天失败七八次是常有的事。我们使用固态电解质圆片进行研究，每次实验都要把它掰开观察，前后大概掰了上百个圆片。”从搭建设备、调试完善到密集实验，在历经180多个日夜后，那些被掰碎的陶瓷圆片，最终铺就了通往真相的道路——王腾锐终于在原位电镜下“看清楚”了锂金属负极在实际工作状态下的演化过程。

然而，还没等他松一口气，新的难题接踵而至。

根据动力学理论的推断，孔隙的生成往往与高电流密度、高沉积速度相关。但令团队震惊的是，在电流密度极低且容量非常小的实验条件下，他们清晰观察到锂金属缺陷的持续积聚和沉积区域内孔隙的形成。

面对这个与预期完全相悖的观测结果，王腾锐陷入了漫长的思考困境。他开始频繁失眠，常常在凌晨两三点时思绪翻涌。3个多月后的一个深夜，在又一次辗转反侧中，一个念头骤然闪现在王腾锐的脑海中：“如果锂金属在电池的充放电过程中承受了循环往复的应力，它是否会像其他金属一样产生了疲劳？”这个灵感如同一道光，刺破了长久的迷雾，让所有数据突然有了合理的解释。

2023年8月2日，对王腾锐而言，是一个难忘的日子。那天深夜，他和团队首次通过实验验证了疲劳机理的猜想。

“做科研，我始终坚信，一切努力都不会白费。失败的尝试不是浪费，要么加深我对问题的理解，要么锤炼我的心性，是成长过程中不可或缺的一部分。坚持下去，答案也许就藏在下一次实验里。”他说。

传承的科研热爱

王腾锐科研生涯的起点，始于一次看似平常却意义非凡的谈话。

在同济大学读本科的最后一年里，正值选择研究生导师的关键阶段，王腾锐鼓起勇气敲开了同济大学车用新能源研究院创始人之一黄云辉的办公室。对于这个素未谋面的年轻人，黄云辉没有丝毫迟疑，抽出一个下午的时间，与他促膝长谈。

“黄老师没有直接给我一个‘标准答案’，而是以自己的科研经历为例，帮我梳理学术道路的可能性。”这次推心置腹的长谈，让王腾锐第一次意识到在研究生阶段，真正重要的是平台资源、导师的培养理念以及团队氛围。

不久后，他就加入了黄云辉的团队，并在他推荐下，结识了其科研生涯中最重要的导师之一 ——刚从美国马里兰大学完成博士后研究，回到同济任教的罗巍。他坦言：“我出成果的速度很慢，甚至几年才有一篇像样的文章，但罗老师从未催促，而是一直鼓励我要相信自己的能力。”

有一次，王腾锐向导师汇报了一个看起来“前后矛盾”的实验现象，内心已经做好了被否定的准备。但没想到罗巍只是沉吟片刻，说：“这听起来不合理，但正因为不合理，才可能是新的东西。不要轻易放弃，我们下次继续讨论。”

在罗巍课题组，王腾锐体验到真正的学术自由：没有“打卡式”的科研节奏；即使只是一个“很小”的想法，导师都会认真倾听，都能在课题组获得真诚的回应。

这种开放包容的科研文化背后，维系着一条跨越三代学人的精神血脉。它的源头可以追溯到诺贝尔化学奖得主、被誉为“国际锂电池之父”的约翰·班尼斯特·古迪纳夫。“黄云辉老师是古迪纳夫老先生的学生，罗巍老师是黄云辉老师在2008年回国后培养的首批博士生。我则是罗巍老师回国后带的第一批研究生。”王腾锐告诉《中国科学报》。

尽管未曾与古迪纳夫老先生当面交流，但那篇意外触发他思考疲劳机理的论文，曾有幸得到古迪纳夫的批改。

“那时，老先生已经97岁高龄，仍然坚持把论文一页页打印出来，逐字逐句在纸上改。当我们收到他的手稿时，上面密密麻麻地写满了批注，每一笔都认真、工整，字迹虽然有些颤抖，但字里行间充满了学术敬畏感和责任感。”王腾锐说。

如今，博士毕业后的王腾锐加入了马里兰大学化学和生物分子工程系教授王春生课题组，开启了固态电池博士后研究工作的新征程。