作者:胡慧中 来源:复旦大学微信公号 发布时间:2023/4/10 16:02:35
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这位复旦“90后”研究员,把电池玩出新花样

 

日前,《麻省理工科技评论》发布了2022年度“35岁以下科技创新35人”,复旦大学高分子科学系青年研究员高悦入选。

该项评选每年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),榜单入选者横跨计算机、生物和生命科学、化学、物理、材料、半导体、量子计算等各大领域。

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高悦入选理由:他提出了基于有机材料的电池界面设计方法,以及有机界面调控策略,为解决下一代储能电池不良的循环稳定性和安全性提供了独特的解决思路和办法。

“压一压电池的火爆脾气”

电池在日常生活中发挥着重要作用。随着智能电子设备的更新迭代,人们对电池容量、充电速度的追求与日俱增,而电池的损耗乃至爆炸等问题也日益引发关注。

高能量密度锂电池能否稳定循环,以及性能提升,固态电解质界面膜(SEI)是一大关键。然而成分以无机盐为主的固态电解质界面膜,不仅稳定性较差,还无法抑制界面处的副反应,极易导致电池容量的迅速衰减。

研究下一代高能量密度电池,必须破解设计稳定的固态电解质界面膜的难题。过往的研究者大多仍使用传统的无机材料,高悦课题组却瞄准了有机材料致密度高、机械性能好等优势,创新性地将有机材料引入电池的固态电解质界面膜设计之中。

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“锂金属脾气不太好,总是与电解液发生副反应,消耗彼此的‘耐心’。那么就在两者之间用高分子膜隔开调和,温顺和善,压一压他们的火爆脾气。”高悦用生动形象的比喻道出了背后的原理:运用电化学活性高分子,改变界面处的分子相互作用,从而实现对固态电解质界面膜的结构和界面稳定性的调控。

围绕新型电池体系和技术的设计,高悦课题组还将开发更多有机和高分子材料,探索有机分子结构和性能的关系,开发新技术和新器件,例如将电池的能量密度提升2-3倍,将电池充电时间从数小时降低至几分钟,以及为电动飞机、机器人和特种应用设计特殊电池体系,解决其技术发展受制于电池的现状。

用有机材料来做电池,以及用有机材料来解决能源相关的问题,高悦乐于做这样一些跨界的创新性科研工作。“一个学科发展到一定程度之后,很难用传统方法解决一些难题,而多学科交叉研究往往能够另辟蹊径,柳暗花明。比如说高分子材料的结构千变万化,你可以设计很多不同的构型、构象去打造它的性质,从而得到令人惊喜的收获。”

带一群年轻人做科研

本科期间做天然产物小分子合成,科研助理的时候做抗肿瘤糖肽疫苗,博士期间研究锂电池,博士后工作是3D打印和机器人……高悦回顾起不同阶段的科研兴趣,涉猎了广泛的学科领域,也为他后续的交叉学科研究做好了铺垫。

高悦于 2018 年在美国宾夕法尼亚州立大学获得化学博士学位,随后作为Vagelos学者在美国宾夕法尼亚州立大学开展研究。2020年底,他加入复旦大学,担任高分子科学系青年研究员和博士生导师。

选择复旦,加入高分子科学系,高悦最看重的是复旦先进的科研理念与科研土壤。“来复旦两年多,感受最深的就是学校和院系对科研人才全方位的支持,给予充足的发展空间,支持引导青年研究人员进行原创性工作的探索,激发自主创新的不竭动力。”在高分子科学系这片沃土,他得以充分发挥多学科交叉研究的优势,汲取化学、材料、机械、工程等各领域的养料,不断取得科研硕果。

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高悦(后排右四)在“35岁以下科技创新35人”中国发布仪式

32岁,风华正当时。虽然曾获得国内国际的各种荣誉,入选2022年度“35岁以下科技创新35人”,是高悦第一次以复旦人的身份获得极大的认可。“这既是对我过往研究工作的回望与总结,让更多人看到一位复旦青年研究员拥有怎样的创新理念与实践,也为我们课题组增添了很多动力。”

高悦带领的课题组同样年轻而富有活力,由90后和00后的本科生、硕士生、博士生及博士后组成,平均年龄25岁。“我的团队是多元化的,他们拥有不同的学科背景,像是有机化学、电化学、材料、生物、机械工程等,思维活跃,容易在研究过程中迸发火花。”

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高悦(左一)与学生在实验室

在指导学生科研的过程中,高悦希望他们以兴趣为驱动力,同时观察他们各自的闪光点,因材施教,因人而异。例如思维严谨务实的学生,高悦会引导他们创造新材料,用新材料解决目前能源器件研究中的核心问题和瓶颈;而对于天马行空的学生,高悦则注重激发他们的创新活力,“用新材料,做新器件,享受从无到有的过程”。

高悦始终认为,年轻人可以在科研中多一些“疯狂的想法”,打破一些既定的思维框架。“想法可以无限新奇,目标却一定要明确。”高悦目光坚定,“我一直跟学生们说,做新材料、新器件,出发点还是服务我们国家最重要的能源问题。以服务国家重大科学战略为导向,怀揣勇闯无人区的勇气。”

未来,高悦将带领领课题组发展基于有机功能材料的变革性技术,解决储能和智能机器人领域的核心问题和痛点挑战,并在研究材料构效关系的同时积极推进技术向实用的转化。

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高悦课题组未来的研究方向

下学期开始,他还将从实验室走进课堂,主讲高分子科学系在复旦首次开出的本科生专业培养课程《材料科学导论》,期待从学科交叉角度为一门传统课程增添新活力。

 
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