7月11日，中國科技青年論壇暨《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”（以下簡稱TR35）中國區(qū)發(fā)布儀式開幕。機(jī)械與動力工程學(xué)院燃料電池研究所副教授祖麗皮亞·沙地克入選2023年TR35中國區(qū)名單。
在入選“2023 TR35（中國）”之際，祖麗皮亞回顧了自己的科研經(jīng)歷并表示：“作為年輕的科技工作者，要實(shí)實(shí)在在的為電化學(xué)儲能領(lǐng)域，開發(fā)出低成本、高安全、高性能新型電極材料，為儲能領(lǐng)域、國家雙碳事業(yè)，做出自己的貢獻(xiàn)。”
探索新型電池，金屬鋰的“文藝復(fù)興”
新型電池，這已并不是一個(gè)“新”話題。現(xiàn)有的鋰電池，很多時(shí)候并不能滿足各行各業(yè)的需求。
關(guān)于現(xiàn)有鋰電池缺點(diǎn)的討論并不少見，其中不乏對于其能量密度低的詬病。對于新能源汽車來說，能量密度低，也就意味著相同單位下，能實(shí)現(xiàn)的續(xù)航時(shí)間短。
“為了滿足新能源汽車?yán)锍滔嚓P(guān)的需求，我們正面臨著如何開發(fā)高比能、高安全、高性能的二次電池體系的挑戰(zhàn)。在新型電池的開發(fā)中，我們不能再用傳統(tǒng)的一些材料。”祖麗皮亞與團(tuán)隊(duì)的嘗試，便是使用金屬鋰等高比容量的材料替換石墨電極，同時(shí)搭配高性能的正極材料，電池的能量密度有望突破500Wh/kg，相當(dāng)于現(xiàn)在水平的兩倍。
看似金屬鋰是一個(gè)新選擇，但其實(shí)在未有石墨之前，早在上世紀(jì)70年代，鋰電池剛剛誕生之際，金屬鋰便已納入人們的考慮范圍。“會生長樹枝狀的鋰晶體，進(jìn)一步引起安全隱患。”
“我們現(xiàn)在依然面臨這個(gè)問題，所以我們想逆向分析，搞清楚金屬鋰為什么會出現(xiàn)安全問題，從而提升金屬鋰的安全穩(wěn)定性，以及其電化學(xué)充放電效率與循環(huán)壽命。”
帶著這個(gè)問題，祖麗皮亞與團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列精準(zhǔn)表征技術(shù)，也就是分析金屬鋰的失效機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列的高性能的復(fù)合電極材料，即復(fù)合鋰金屬材料。“我們致力于提升鋰金屬材料與電解液界面的穩(wěn)定性與安全性，一方面，我們探索什么樣的組分對于界面來說是好的組分，另一方面，我們也想從鋰金屬本身出發(fā)，開發(fā)復(fù)合金屬鋰負(fù)極，提升電化學(xué)性能。
“沒有給自己留過退路”——坦然面對，活在當(dāng)下
“走到現(xiàn)在，基本上沒有給自己留過退路，只是一直往前走。”
因?yàn)橄矚g化學(xué)，高考便選擇了上海交大的化學(xué)工程專業(yè)；因?yàn)樵诒究齐A段參加電池相關(guān)的科研項(xiàng)目時(shí)，感到發(fā)自內(nèi)心的熱愛，就選擇了碩博連讀；因?yàn)椴┦慨厴I(yè)之際偶然遇到很好的機(jī)會，便前往美國讀博后……在祖麗皮亞的經(jīng)歷中，很難看到對未來、未知的焦慮與糾結(jié)，她的選擇總是干脆又果斷
“生活中變數(shù)太多，一味地放眼于將來，只會讓人囿于焦慮地困境。所以，我就想踏踏實(shí)實(shí)走好每一步，活在當(dāng)下，只專注眼前事。”祖麗皮亞這樣說道。
盡管每次選擇都足夠坦然，但在科研路上，完全不焦慮也幾乎不可能。瓶頸、碰壁，是每個(gè)基礎(chǔ)科研工作者都會遇到的挑戰(zhàn)。
開發(fā)新型高能量密度的鈉離子電池關(guān)鍵材料，是祖麗皮亞從碩博階段一直持續(xù)至今的一項(xiàng)工作。不過，在剛剛涉足這個(gè)領(lǐng)域的時(shí)候，她卻“原地踏步”了很久，“當(dāng)我們研發(fā)出一種新型正極材料并分析儲鈉機(jī)理時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的現(xiàn)象，但無法保證這個(gè)現(xiàn)象正確與否，感覺自己實(shí)驗(yàn)肯定是出錯(cuò)了。”
“當(dāng)時(shí)已經(jīng)是碩博連讀的第三年，身邊的同學(xué)正在不斷發(fā)論文，效率很高，而自己還在反復(fù)去做同樣的事情，反復(fù)去驗(yàn)證同一個(gè)問題，精神壓力非常大。”祖麗皮亞坦言。
像許多剛剛走上科研路的學(xué)生一樣，祖麗皮亞也曾想過退縮，在這個(gè)時(shí)候，她的導(dǎo)師、復(fù)旦大學(xué)傅正文教授鼓勵(lì)她再往前走一步。于是，在近兩年的時(shí)間中，祖麗皮亞反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用精準(zhǔn)的先進(jìn)表征手段，借助第一性原理的模擬方法，解釋為什么此類新材料呈現(xiàn)出獨(dú)特的儲鈉機(jī)制，最終發(fā)表的論文得到了領(lǐng)域內(nèi)同行的高度認(rèn)可。
“回過頭來看，這個(gè)難題的突破，當(dāng)時(shí)學(xué)到的東西非常多，也為后續(xù)更好的發(fā)展做了積累與沉淀。”
不期而遇的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可能不是錯(cuò)誤，而是令人興奮的發(fā)現(xiàn)。也正因此，在后續(xù)的科研路上，祖麗皮亞坦然地接受科研中的“不期而遇”。
在美國攻讀博后期間，在對金屬鋰的界面進(jìn)行定性、定量分析中，祖麗皮亞又一次遇到了這一情況：有一項(xiàng)組分和前期文獻(xiàn)報(bào)道有所不同。祖麗皮亞多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確保結(jié)果沒有問題。為什么會有這樣的現(xiàn)象？為什么同行的研究中這個(gè)組分反而被排除了？祖麗皮亞開始了一系列的研究，并解釋清楚其存在、形成的機(jī)理，最終成果發(fā)表在Nature Nanotechnology上，得到了領(lǐng)域內(nèi)同行的一致認(rèn)可。
申報(bào)2023 TR35（中國）：回顧來路，看清前路
近日，祖麗皮亞以自己長期在高性能儲能電池領(lǐng)域的科研成果，入選中國區(qū)2023年“35歲以下科技創(chuàng)新35人”。
“去年申報(bào)2023 TR35（中國）這一項(xiàng)目的時(shí)候，我總結(jié)了過去幾年自己在科研中的創(chuàng)新點(diǎn)。”祖麗皮亞說到，申報(bào)的過程就像一次回顧，回頭看看自己走過的這些科研路上開出的花、結(jié)出的果，哪些真正對領(lǐng)域起到了促進(jìn)的作用。
“準(zhǔn)備這個(gè)材料的過程中，我凝結(jié)出了很多新的問題，也對自己想要深挖的科研路線，有了更深的理解。”
近年來，我國在能源轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排方面的腳步日趨加快。而這也給基礎(chǔ)研究提出了更高的要求：如何貼近實(shí)際需求，讓實(shí)驗(yàn)室的科研得以放大、走進(jìn)產(chǎn)線？
面對未來，祖麗皮亞希望自己能面向解決電池本質(zhì)安全問題，進(jìn)行一系列開發(fā)。“要解決電池本質(zhì)安全問題的時(shí)候，還是要聚焦于全固態(tài)電池。所以我們目前也正在做全固態(tài)電池的開發(fā)，包括其新型材料的開發(fā)，同時(shí)也在研究界面的兼容性、新機(jī)理。”
17歲，祖麗皮亞從新疆來到上海求學(xué)，而今，她已度過了另一個(gè)17年。在她眼中，上海已可以算作她的半個(gè)家鄉(xiāng)。“這是一個(gè)開放包容、充滿活力的城市。”而更重要的是，對于一名科研工作者，從相關(guān)領(lǐng)域的政策扶持，到人才計(jì)劃、項(xiàng)目支撐，上海對于科研工作者，有一以貫之的支持，“這些都為我們在儲能領(lǐng)域以及其他相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，提供了很大的保障。”
做最好的準(zhǔn)備，祖麗皮亞正坦然迎接科研路上“不期而遇”的美。
《麻省理工科技評論》自1999年起每年都會從世界范圍內(nèi)的新興科技和創(chuàng)新應(yīng)用中對35歲以下、且對未來科技發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的創(chuàng)新領(lǐng)軍人物進(jìn)行遴選，最終形成一份全球創(chuàng)新青年英雄榜——“35歲以下科技創(chuàng)新35人”（Innovators Under 35，簡稱TR35），涵蓋但不限于生物技術(shù)、能源材料、人工智能、信息技術(shù)、智能制造等新興技術(shù)領(lǐng)域。
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