“我做科研一般是以應(yīng)用為導(dǎo)向，有了好的科研成果，我就會積極地推動其向應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以實際應(yīng)用的產(chǎn)品為最終的研究目標?！?
文：《千人》雜志記者 何中花
原標題：夏暉：在儲能材料領(lǐng)域深耕10余載，探秘低成本、高性能、低污染電池技術(shù)
注：原文載于《千人》雜志2019年總第70期，轉(zhuǎn)載請注明來源，未注明來源轉(zhuǎn)載將視為侵權(quán)。
牛頓曾說：“我不知道世上的人對我怎樣評價。我卻這樣認為：我好像是在海上玩耍，時而發(fā)現(xiàn)一顆光滑的石子兒，時而發(fā)現(xiàn)一個美麗的貝殼而為之高興的孩子。盡管如此，那真理的海洋還是神秘地展現(xiàn)在我們面前。”科學(xué)研究需要飽含熱愛、專注和激情，南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授夏暉身上，就折射出了這一科學(xué)精神和態(tài)度。從1996年至今，從北京到新加坡再到南京，夏暉一直專注于能源儲存材料與器件方面的研究，致力于開發(fā)低成本、高性能、低污染的新型儲能電池技術(shù)。
“面對資源枯竭，環(huán)境惡化所造成的能源危機，人類已經(jīng)意識到它的嚴重性，許多國家開始從節(jié)約能源，保護環(huán)境入手試圖解決能源危機，但卻無法改變現(xiàn)有化石及礦物能源資源的儲量有限性以及使用后對環(huán)境的污染這兩個不爭的事實，只能在一定程度上緩解危機。解決能源危機問題的根本途徑是要尋找新型能源，而能源材料與器件研究則是一個大的突破口?！毕臅熑缡钦f。
興趣與機會同等重要
2000年和2003年，夏暉分別獲得了北京科技大學(xué)無機非金屬材料專業(yè)的本科和碩士學(xué)位；2007年獲得新加坡國立大學(xué)微系統(tǒng)用先進材料專業(yè)博士學(xué)位，隨后夏暉留校在機械工程系從事博士后研究直至2011年。
“我在北京科技大學(xué)完成了本科階段的學(xué)習(xí)，之后保送本校碩士研究生，師從李福燊教授，從事電化學(xué)氧傳感器研究。北科大幾年的學(xué)習(xí)，讓我在金屬氧化物材料和電化研究方面打下了扎實的理論基礎(chǔ)。碩士研究生畢業(yè)后，我前往新加坡國立大學(xué)/新加坡-麻省理工聯(lián)合研究生院就讀博士。由于屬于聯(lián)合培養(yǎng)形式，因此我有很多機會可以接觸到世界頂級科學(xué)家，聽他們講課，接受他們的指導(dǎo)，這培養(yǎng)出了我更強大的科研興趣。博士后期間，我作為主力，參與了多項與鋰離子電池和超級電容器相關(guān)的科研項目。我在做項目的過程中，獨立科研、指導(dǎo)學(xué)生的能力得到了很大程度上的提升?！?
北京科技大學(xué)和新加坡國立大學(xué)，這兩所高校在夏暉的求學(xué)生涯中均扮演著不可或缺的角色，對夏暉以后的科研和工作產(chǎn)生著深遠影響。
攻讀博士期間，夏暉師從新加坡國立大學(xué)機械工程系呂力教授。據(jù)了解，呂力教授在壓電和鐵電材料、能源材料等領(lǐng)域成果卓著。夏暉表示，呂力教授是一位很負責(zé)任的導(dǎo)師，會給學(xué)生的研究創(chuàng)造良好的實驗條件，積極與不同課題組合作，利用組外的實驗設(shè)備條件幫助學(xué)生完善實驗效果，并積極鼓勵學(xué)生參與各類獎項申報。
“在呂老師課題組讀博期間，在他的支持下，我成功申請到了新加坡國立大學(xué)的研究生校長獎學(xué)金和中國國家優(yōu)秀自費留學(xué)生獎學(xué)金。我很慶幸遇到了呂老師，我很感激他?！?
夏暉
有觀點認為讀博壓力很大，也有調(diào)查顯示39%以上的博士研究生有抑郁或者焦慮癥狀，是正常人群的6倍以上。作為“過來人”，夏暉對此深有同感。他認為博士的壓力主要來自于科研工作進展不順利和畢業(yè)論文發(fā)表高要求，博士們對自己能否順利按期畢業(yè)、拿到博士畢業(yè)證沒有足夠的信心，極易產(chǎn)生嚴重的心理壓力。
“就我自己的經(jīng)驗而言，我認為讀博首先要合理安排好學(xué)習(xí)計劃，研究應(yīng)由淺至深，及時進行總結(jié)，并且要盡可能早地發(fā)表自己的第一篇論文，這樣就會大大增加自己科研工作的信心，減小壓力。其次，科研工作不是簡單的閉門造車，不能鉆牛角尖，遇到問題和困難應(yīng)及時與導(dǎo)師和同學(xué)溝通。再次，要多看文獻，從前輩的工作和成果中獲取知識和靈感，從而使自身的研究受到啟發(fā)?！?
雖然在北京和新加坡讀書、學(xué)習(xí)、做研究，但2011年，完成博士后研究工作的夏暉選擇回到自己的家鄉(xiāng)——南京，加盟南京理工大學(xué)從事教學(xué)與科研工作。“本身我的家在南京，所以南京的高校是我工作的首選。另外，南京理工大學(xué)隸屬工信部（原國防科工委）七所高校之一，是理工類高校，比較重視應(yīng)用型的研究，更適合我所做的科研工作。在我應(yīng)聘南京理工大學(xué)的時候，南理工還沒有專門從事鋰離子電池研究的課題組，這對我本人來說也是一個很好的發(fā)展機會。”夏暉坦言。
大規(guī)模儲能應(yīng)用需求，
決定儲能材料高性能標準
新能源存儲材料及器件，包括二次鋰離子電池和超級電容器是夏暉一直以來的研究方向。儲能材料作為高效儲能裝置的關(guān)鍵，是大力發(fā)展清潔能源不可或缺的一環(huán)。夏暉認為，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在二次電池以及儲能材料方面的研究已經(jīng)取得了顯著進展，在某些電池體系、關(guān)鍵材料方面的研究也已超越了歐美和日韓，比如現(xiàn)在發(fā)展迅猛的車用動力電池。
“為了進一步提升鋰離子電池的能量密度，富鋰錳基的正極材料以及硅碳負極材料是目前研究的熱點和難點，我國需要在這兩個材料體系的研究上取得突破?！毕鄬τ阡囯x子電池，目前超級電容器的市場較小，材料成本過高成為超級電容器應(yīng)用的主要瓶頸，而目前商業(yè)化超級電容器所用的活性炭電極材料，主要依賴國外進口，因此高品質(zhì)活性炭材料的國產(chǎn)化，也是我國目前在儲能材料研究方面亟待解決的核心問題。
超級電容器(Supercapacitor)，又名電化學(xué)電容器(Electrochemical capacitor)，是一種主要依靠雙電層和氧化還原贗電容、電荷儲存的新型儲能裝置。作為一種新型綠色的儲能器件，超級電容器兼有電池的高比能量和傳統(tǒng)物理電容器高比功率的優(yōu)點，填補了上述兩種傳統(tǒng)儲能器件的空白。自本世紀初美國Maxwell、日本NEC及松下公司陸續(xù)推出成熟的市場產(chǎn)品后，超級電容器已經(jīng)成功應(yīng)用于混合動力汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、軍工、智能電網(wǎng)及工業(yè)UPS等領(lǐng)域，并在工業(yè)控制、電力、交通運輸、智能儀表、消費類電子產(chǎn)品、國防、通信等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值和市場潛力。
目前，鋰離子電池應(yīng)用越來越貼近百姓生活，離子電池作為高效儲能器件已經(jīng)在便攜式電子市場得到廣泛應(yīng)用，并向電動汽車、智能電網(wǎng)和可再生能源大規(guī)模儲能等應(yīng)用領(lǐng)域擴展。夏暉表示，隨著鋰離子電池應(yīng)用范圍日益擴大，鋰的需求量大大增加，然而地球上鋰的資源有限，且分布不均，造成其價格日益增長，難以長期滿足大規(guī)模儲能的需求。
從大規(guī)模儲能的應(yīng)用需求來看，理想的二次電池除具有優(yōu)良的電化學(xué)性能外，還必須兼具資源豐富、價格低廉等社會經(jīng)濟效益指標。因此，開發(fā)原材料來源廣泛、低成本、高性能的新型電池技術(shù)迫在眉睫。
“金屬鈉與鋰屬于元素周期表同一主族，具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理基本相同，都是通過堿金屬離子在電極材料之間的嵌入脫出，來實現(xiàn)化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。與鋰相比，鈉資源在地殼中分布廣泛、豐度高（比鋰元素儲量高3個數(shù)量級），因此鈉離子電池作為低成本、大規(guī)模儲能應(yīng)用具有很大優(yōu)勢和可觀前景。
說到離子電池，就不得不提及新能源汽車。近年來，新能源汽車起火事件頻繁進入大眾視野，行業(yè)由“里程焦慮”轉(zhuǎn)入“安全焦慮”。新能源車的安全隱患主要是采用液體電解液的鋰離子電池造成的，由于其電解液的溶劑是可燃的，在電池受到破壞發(fā)生短路時可能會造成電池燃燒爆炸，從而引發(fā)安全事故。
夏暉表示，通過保護電路的設(shè)計、電解液的改性以及隔膜的改性，可以提高電池的安全性。另外，目前備受研究的全固態(tài)鋰離子電池（通過固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液），也是一項可以有效提高電池安全性的新型電池技術(shù)。
有人說新能源車大勢已成，燃油車已成歷史。關(guān)于新能源車的發(fā)展前景，夏暉直言：“新能源汽車是必然的發(fā)展趨勢，但目前技術(shù)還沒有完全成熟，價格相比燃油車并沒有優(yōu)勢，要在短時間內(nèi)取代燃油車的可能性不大。隨著新能源汽車技術(shù)的進一步發(fā)展，動力電池能量密度的進一步提升，以及價格的不斷降低，新能源汽車的市場必然將發(fā)展得越來越大?！?
經(jīng)驗談：做科研要以應(yīng)用為導(dǎo)向
在南京理工大學(xué)工作8余年，夏暉不僅是一名科研工作者，也是一名教書育人的青年教師。對于高校教師來說，評職稱是對其一段時期工作成績的檢驗與評價，更是一場“榮譽之戰(zhàn)”。助教、講師、副教授、教授……“青椒”評職稱如同翻山，且一山更比一山高，以至于評職稱難成了不少高?！扒嘟贰钡男闹兄?。對此，夏暉亦深有感觸。
“我認為高校評職稱的機制總體來說是比較公平的，但學(xué)校在資源分配上會有所傾斜，在大課題組的青年教師機會較多、發(fā)展相對較快，而單打獨斗的年輕教師在發(fā)展過程中會遇到更多的困難和挫折。高校應(yīng)該為年輕教師的發(fā)展提供更好的科研條件，比如基本的實驗室用房、足夠的研究生名額以及滿意的薪資等。把這些基本問題都解決了，科研人員自然就可以專注于科研，而不用為其他瑣事而分心?！?
到目前為止，夏暉已在多本國際SCI收錄期刊上發(fā)表論文140余篇，文章被引用7000余次。很早就有專家提出“科學(xué)研究不能以論文為導(dǎo)向”的觀點，對于這一觀點夏暉也十分認同，他并不只是為了發(fā)論文而發(fā)論文，而是想著將科學(xué)理論和實際應(yīng)用更好地結(jié)合，讓人們在日常生活中享受到因科學(xué)進步帶來的便利。
“我做科研一般是以應(yīng)用為導(dǎo)向，有了好的科研成果，我就會積極地推動其向應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以實際應(yīng)用的產(chǎn)品為最終的研究目標?！毕臅熢谌虘B(tài)薄膜鋰電池上有著10多年的研究經(jīng)驗，并在2016年成立了天津瑞晟暉能科技有限公司，結(jié)合自己的專業(yè)知識，專門研發(fā)固態(tài)薄膜電池，針對微電子及可穿戴電子器件開發(fā)高性能的薄膜電池產(chǎn)品。
除了發(fā)表論文數(shù)量可觀，夏暉也曾主持過國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金等重大科研項目。夏暉表示，一個科研項目從立項到結(jié)項要想做好各個階段的工作，需在立項時對項目有詳細的計劃和安排，執(zhí)行過程中嚴格按照計劃執(zhí)行，并分階段進行總結(jié)，并且及時進行計劃調(diào)整和解決出現(xiàn)的問題。
因為熱愛，所以專注和飽含激情。在夏暉身上就有這種力量?！爱斚?，我會繼續(xù)聚焦關(guān)于能源存儲材料與器件方面的研究。未來，從大規(guī)模儲能的需求考慮，我將會開拓鎂離子電池以及鋁離子電池方面的研究，利用地球上資源多、成本低的材料來研發(fā)高性能儲能電池，為中國的能源儲存行業(yè)盡一份綿薄之力?！?
夏暉，南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師
