7月11日,中国科技青年论坛暨《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”(以下简称TR35)中国区发布仪式开幕。必赢线路检测中心燃料电池研究所副教授祖丽皮亚·沙地克入选2023年TR35中国区名单。
在入选“2023 TR35(中国)”之际,祖丽皮亚回顾了自己的科研经历并表示:“作为年轻的科技工作者,要实实在在的为电化学储能领域,开发出低成本、高安全、高性能新型电极材料,为储能领域、国家双碳事业,做出自己的贡献。”
探索新型电池,金属锂的“文艺复兴”
新型电池,这已并不是一个“新”话题。现有的锂电池,很多时候并不能满足各行各业的需求。
关于现有锂电池缺点的讨论并不少见,其中不乏对于其能量密度低的诟病。对于新能源汽车来说,能量密度低,也就意味着相同单位下,能实现的续航时间短。
“为了满足新能源汽车里程相关的需求,我们正面临着如何开发高比能、高安全、高性能的二次电池体系的挑战。在新型电池的开发中,我们不能再用传统的一些材料。”祖丽皮亚与团队的尝试,便是使用金属锂等高比容量的材料替换石墨电极,同时搭配高性能的正极材料,电池的能量密度有望突破500Wh/kg,相当于现在水平的两倍。
看似金属锂是一个新选择,但其实在未有石墨之前,早在上世纪70年代,锂电池刚刚诞生之际,金属锂便已纳入人们的考虑范围。“会生长树枝状的锂晶体,进一步引起安全隐患。”
“我们现在依然面临这个问题,所以我们想逆向分析,搞清楚金属锂为什么会出现安全问题,从而提升金属锂的安全稳定性,以及其电化学充放电效率与循环寿命。”
带着这个问题,祖丽皮亚与团队开发了一系列精准表征技术,也就是分析金属锂的失效机理,在此基础上,开发了一系列的高性能的复合电极材料,即复合锂金属材料。“我们致力于提升锂金属材料与电解液界面的稳定性与安全性,一方面,我们探索什么样的组分对于界面来说是好的组分,另一方面,我们也想从锂金属本身出发,开发复合金属锂负极,提升电化学性能。
“没有给自己留过退路”——坦然面对,活在当下
“走到现在,基本上没有给自己留过退路,只是一直往前走。”
因为喜欢化学,高考便选择了上海交大的化学工程专业;因为在本科阶段参加电池相关的科研项目时,感到发自内心的热爱,就选择了硕博连读;因为博士毕业之际偶然遇到很好的机会,便前往美国读博后……在祖丽皮亚的经历中,很难看到对未来、未知的焦虑与纠结,她的选择总是干脆又果断
“生活中变数太多,一味地放眼于将来,只会让人囿于焦虑地困境。所以,我就想踏踏实实走好每一步,活在当下,只专注眼前事。”祖丽皮亚这样说道。
尽管每次选择都足够坦然,但在科研路上,完全不焦虑也几乎不可能。瓶颈、碰壁,是每个基础科研工作者都会遇到的挑战。
开发新型高能量密度的钠离子电池关键材料,是祖丽皮亚从硕博阶段一直持续至今的一项工作。不过,在刚刚涉足这个领域的时候,她却“原地踏步”了很久,“当我们研发出一种新型正极材料并分析储钠机理时,发现了一个独特的现象,但无法保证这个现象正确与否,感觉自己实验肯定是出错了。”
“当时已经是硕博连读的第三年,身边的同学正在不断发论文,效率很高,而自己还在反复去做同样的事情,反复去验证同一个问题,精神压力非常大。”祖丽皮亚坦言。
像许多刚刚走上科研路的学生一样,祖丽皮亚也曾想过退缩,在这个时候,她的导师、复旦大学傅正文教授鼓励她再往前走一步。于是,在近两年的时间中,祖丽皮亚反复进行实验,采用精准的先进表征手段,借助第一性原理的模拟方法,解释为什么此类新材料呈现出独特的储钠机制,最终发表的论文得到了领域内同行的高度认可。
“回过头来看,这个难题的突破,当时学到的东西非常多,也为后续更好的发展做了积累与沉淀。”
不期而遇的实验数据,可能不是错误,而是令人兴奋的发现。也正因此,在后续的科研路上,祖丽皮亚坦然地接受科研中的“不期而遇”。
在美国攻读博后期间,在对金属锂的界面进行定性、定量分析中,祖丽皮亚又一次遇到了这一情况:有一项组分和前期文献报道有所不同。祖丽皮亚多次重复实验,确保结果没有问题。为什么会有这样的现象?为什么同行的研究中这个组分反而被排除了?祖丽皮亚开始了一系列的研究,并解释清楚其存在、形成的机理,最终成果发表在Nature Nanotechnology上,得到了领域内同行的一致认可。
申报2023 TR35(中国):回顾来路,看清前路
近日,祖丽皮亚以自己长期在高性能储能电池领域的科研成果,入选中国区2023年“35岁以下科技创新35人”。
“去年申报2023 TR35(中国)这一项目的时候,我总结了过去几年自己在科研中的创新点。”祖丽皮亚说到,申报的过程就像一次回顾,回头看看自己走过的这些科研路上开出的花、结出的果,哪些真正对领域起到了促进的作用。
“准备这个材料的过程中,我凝结出了很多新的问题,也对自己想要深挖的科研路线,有了更深的理解。”
近年来,我国在能源转型、节能减排方面的脚步日趋加快。而这也给基础研究提出了更高的要求:如何贴近实际需求,让实验室的科研得以放大、走进产线?
面对未来,祖丽皮亚希望自己能面向解决电池本质安全问题,进行一系列开发。“要解决电池本质安全问题的时候,还是要聚焦于全固态电池。所以我们目前也正在做全固态电池的开发,包括其新型材料的开发,同时也在研究界面的兼容性、新机理。”
17岁,祖丽皮亚从新疆来到上海求学,而今,她已度过了另一个17年。在她眼中,上海已可以算作她的半个家乡。“这是一个开放包容、充满活力的城市。”而更重要的是,对于一名科研工作者,从相关领域的政策扶持,到人才计划、项目支撑,上海对于科研工作者,有一以贯之的支持,“这些都为我们在储能领域以及其他相关领域的科技创新,提供了很大的保障。”
做最好的准备,祖丽皮亚正坦然迎接科研路上“不期而遇”的美。
《麻省理工科技评论》自1999年起每年都会从世界范围内的新兴科技和创新应用中对35岁以下、且对未来科技发展产生深远影响的创新领军人物进行遴选,最终形成一份全球创新青年英雄榜——“35岁以下科技创新35人”(Innovators Under 35,简称TR35),涵盖但不限于生物技术、能源材料、人工智能、信息技术、智能制造等新兴技术领域。