中國(guó)科學(xué)院院士、廈門(mén)大學(xué)教授孫世剛心懷科技報(bào)國(guó)初心，在電化學(xué)基礎(chǔ)研究中作出突出貢獻(xiàn)。近年來(lái)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)立足學(xué)科基礎(chǔ)研究，持續(xù)在新能源領(lǐng)域斬獲面向產(chǎn)業(yè)的突破性成果，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果與生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的連接。孫世剛和他的團(tuán)隊(duì)一道，在服務(wù)區(qū)域發(fā)展和國(guó)家戰(zhàn)略中，踐行著高?？蒲腥说呢?zé)任與使命。
“滋……”顯微鏡旋轉(zhuǎn)發(fā)出的響聲又在召喚。透過(guò)鏡片，孫世剛再一次來(lái)到微觀世界，探索能源轉(zhuǎn)換密碼。觀測(cè)鋰離子傳輸速度，記錄晶體結(jié)構(gòu)演化，復(fù)雜多變的微觀世界，是孫世剛的“戰(zhàn)場(chǎng)”。
每一塊電池中，固體電極與液體電解質(zhì)碰撞交界，產(chǎn)生出奇妙的能量變化，這被稱為“界面”。在“界面”不到20納米的厚度里，藏著有關(guān)電池效率和壽命的奧秘。
過(guò)去數(shù)十年，孫世剛及其團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事電化學(xué)、能源電化學(xué)的研究，在這一領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)，并將科學(xué)研究與企業(yè)需求相結(jié)合，為地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)勁的科研支撐，助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
源于初心
懷著科技報(bào)國(guó)的深厚情懷
孫世剛與化學(xué)結(jié)緣，要追溯到40多年前。
1977年，孫世剛考上廈門(mén)大學(xué)化學(xué)系；1982年，他作為公派留學(xué)生前往法國(guó)攻讀博士學(xué)位。1986年9月，孫世剛獲得巴黎居里大學(xué)授予的法國(guó)國(guó)家博士學(xué)位，并留在法國(guó)科研中心界面電化學(xué)研究所繼續(xù)博士后研究。
1987年，孫世剛決定回到廈門(mén)大學(xué)。“我心中有一種使命，就是推動(dòng)國(guó)家的生產(chǎn)力發(fā)展，推動(dòng)國(guó)家科技和產(chǎn)業(yè)崛起。”孫世剛說(shuō)。
心有所指，行有所向?；貒?guó)后，孫世剛專注電化學(xué)和表界面研究，取得了一系列突破性成果。他先后主持完成國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家“973計(jì)劃”項(xiàng)目等重要科研項(xiàng)目，是國(guó)家自然科學(xué)基金委“界面電化學(xué)”創(chuàng)新研究群體學(xué)術(shù)帶頭人。
2015年，因其在電化學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，孫世剛當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士。
“科研就是一種攻堅(jiān)，它需要勇氣和堅(jiān)韌。”面對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)科研條件與國(guó)外的差距，孫世剛迎難而上。設(shè)備陳舊落后，他想辦法克服；科研經(jīng)費(fèi)欠缺，他能省則省。
10多年前的一件往事，足以映射初心。2007年，孫世剛團(tuán)隊(duì)在納米催化劑合成研究中取得重大突破，首次制備出高活性的二十四面體鉑納米晶催化劑。鉑催化劑被廣泛用于燃料電池、石油化工、汽車(chē)尾氣凈化等領(lǐng)域，但由于鉑資源有限、價(jià)格昂貴，提高鉑納米材料的催化活性、穩(wěn)定性，一直是企業(yè)亟須解決的難題。
基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭。把基礎(chǔ)研究做扎實(shí)了，在國(guó)家快速發(fā)展中，研究成果必能對(duì)接到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的方向。
近年來(lái)，隨著中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)崛起，中國(guó)企業(yè)迅速成長(zhǎng)。寧德時(shí)代、廈門(mén)鎢業(yè)等越來(lái)越多的行業(yè)骨干企業(yè)尋求科研支持和合作。孫世剛主動(dòng)肩負(fù)起責(zé)任，把自己的科學(xué)追求融入產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作。
始于2011年1月的“界面電化學(xué)”創(chuàng)新群體項(xiàng)目，歷時(shí)9年，在孫世剛的帶領(lǐng)下，項(xiàng)目連續(xù)3次獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的持續(xù)資助。從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用，這個(gè)項(xiàng)目，成為孫世剛探索成果轉(zhuǎn)化的舞臺(tái)。
“前兩期研究?jī)?nèi)容主要是界面電化學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，到了第三期以后，我們轉(zhuǎn)變重點(diǎn)，把目標(biāo)放在解決產(chǎn)業(yè)界重要的應(yīng)用問(wèn)題，以及如何對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略需求作出貢獻(xiàn)上。”孫世剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，將研究方向聚焦到新能源領(lǐng)域。
精于轉(zhuǎn)化
打造面向產(chǎn)業(yè)的科研力量
新能源產(chǎn)業(yè)，是福建重點(diǎn)布局的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
“十四五”時(shí)期，福建計(jì)劃打造兩個(gè)以上產(chǎn)值超千億元的新能源產(chǎn)業(yè)集群。廈門(mén)作為新崛起的電動(dòng)之城，此前已將中航鋰電、海辰新能源、廈鎢新能源等新能源龍頭企業(yè)攬入懷中。2021年底，寧德時(shí)代投資70億元，廈門(mén)時(shí)代鋰離子電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目（一期）開(kāi)工建設(shè)。
這樣的土壤，讓孫世剛團(tuán)隊(duì)的科學(xué)研究成果有了更廣闊的用武之地。
廈門(mén)廈鎢新能源材料股份有限公司，是廈門(mén)本土第一家新能源電池材料上市公司。其母公司廈門(mén)鎢業(yè)從2002年起，陸續(xù)建立能源新材料產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線，重金投入于先進(jìn)電池材料的研發(fā)，并于2016年分拆出獨(dú)立的新能源子公司——廈鎢新能源。
“研發(fā)新產(chǎn)品，一旦我們?cè)诩夹g(shù)開(kāi)發(fā)中遇到了難以解決的理論問(wèn)題，就需要依托高校進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。”廈門(mén)鎢業(yè)股份有限公司技術(shù)中心硬質(zhì)材料研究所所長(zhǎng)劉超表示。
其實(shí)，早在2012年，孫世剛團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始了與廈門(mén)鎢業(yè)的技術(shù)合作，簽訂“新能源材料合作研究計(jì)劃”，致力于提升鋰電池正極材料性能。
鋰電池正極材料，是直接影響鋰離子電池的性能、決定電池成本的關(guān)鍵因素。
為了讓手機(jī)待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)，業(yè)內(nèi)普遍做法是提高充電電壓，以提高手機(jī)電池中鈷酸鋰材料的能量密度。但充電電壓過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致材料和界面不穩(wěn)定，電池安全性能、循環(huán)性能下降。
孫世剛團(tuán)隊(duì)成員李君濤教授介紹：“我們研究的技術(shù)，在鈷酸鋰材料表面形成包覆層，就相當(dāng)于給它們穿了件‘防電衣’，使電池在高電壓下也能正常充放電。”
對(duì)此，廈鎢新能源首席工程師魏國(guó)禎深有體會(huì)地說(shuō)：“孫老師團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究前沿并且深入運(yùn)用他們的方法，加深了我們對(duì)電池材料界面的認(rèn)識(shí)和理解，大大縮短了我們解決技術(shù)難題的時(shí)間。”
2018年，廈門(mén)鎢業(yè)獲批國(guó)家發(fā)改委“高端儲(chǔ)能材料國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心”。孫世剛受聘擔(dān)任中心技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)主任。孫世剛認(rèn)為：“我們的研發(fā)成果能夠幫助企業(yè)創(chuàng)新，企業(yè)能力提升后產(chǎn)生的需求，也在幫助我們調(diào)整科研方向。”
科研成果與產(chǎn)業(yè)需求有效結(jié)合，雙方的合作走向深入。如今，廈鎢將能源新材料發(fā)展為三大主營(yíng)業(yè)務(wù)之一，成為鋰電正極材料領(lǐng)域的一流供應(yīng)商。
寧德時(shí)代，則是孫世剛團(tuán)隊(duì)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化的另一個(gè)舞臺(tái)。
動(dòng)力電池作為電動(dòng)車(chē)的心臟，占據(jù)整車(chē)成本的近40%。曾經(jīng)，關(guān)鍵鋰電技術(shù)和材料都掌握在日韓企業(yè)手中，突破不了電池技術(shù)，就難以在新能源汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)拓新局面。
2014年，寧德時(shí)代與孫世剛團(tuán)隊(duì)相遇。孫世剛團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的原位表征技術(shù)，助力寧德時(shí)代實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的變革性提升。
孫世剛團(tuán)隊(duì)成員介紹：“這項(xiàng)技術(shù)可以讓研發(fā)人員‘在線’觀察鋰電池材料變化，充放電同時(shí)進(jìn)行分析?？梢詫?shí)時(shí)檢測(cè)到哪種狀態(tài)產(chǎn)生了氣體，準(zhǔn)確把握故障原因，并快速改進(jìn)。”
自2014年起，孫世剛擔(dān)任寧德時(shí)代首屆專家技術(shù)委員會(huì)委員；2016年，寧德時(shí)代建立了院士專家工作站；2017年，寧德時(shí)代企業(yè)博士后流動(dòng)站成立，黃令教授作為合作導(dǎo)師，共同培養(yǎng)企業(yè)博士后至今。
“寧德時(shí)代實(shí)現(xiàn)愿景離不開(kāi)創(chuàng)新，高校是在創(chuàng)新路上最重要的合作伙伴，廈門(mén)大學(xué)更是新能源產(chǎn)業(yè)科研領(lǐng)域的佼佼者。”寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群表示，高校的教研優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì)，將為新能源產(chǎn)業(yè)集群持續(xù)提供創(chuàng)新動(dòng)能。
謀于未來(lái)
聚焦科技競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展制高點(diǎn)
面對(duì)蓬勃發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)，電化學(xué)在燃料電池、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域正大有可為。而此時(shí)，孫世剛團(tuán)隊(duì)已將研究方向投向了更遠(yuǎn)的未來(lái)，以搶占科技競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展制高點(diǎn)。
孫世剛說(shuō)：“我們搞科學(xué)研究，就是要結(jié)合國(guó)家和社會(huì)需要解決的問(wèn)題，用心做，不斷探索。”
氫能具有來(lái)源廣、燃燒值高、零碳排等優(yōu)勢(shì)，作為具有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，全球已有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布了氫能源發(fā)展規(guī)劃或路線圖。當(dāng)前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)也處在快速發(fā)展階段。
“氫的大規(guī)模運(yùn)用是一個(gè)重要的發(fā)展方向。”孫世剛表示，“氫燃料電池商業(yè)化一直受阻于昂貴的鉑基催化劑。怎樣把催化劑效率提上去，同時(shí)把成本降下來(lái)，是我們未來(lái)研究重點(diǎn)。”
在廈門(mén)大學(xué)，以孫世剛團(tuán)隊(duì)為代表，氫能已開(kāi)始了技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。在氫能與燃料電池技術(shù)方面，嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室已建立新型協(xié)同攻關(guān)機(jī)制，聯(lián)合廈門(mén)金龍、寧德時(shí)代、廈門(mén)鎢業(yè)等開(kāi)展產(chǎn)業(yè)攻關(guān)。
參與嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室氫能產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)的周志有教授，是孫世剛團(tuán)隊(duì)成員。他介紹：“用鉑金屬做氫燃料電池催化劑材料，成本很高。現(xiàn)在，我們正以廈門(mén)鎢業(yè)的鎢、鉬材料為基體，研制氫燃料電池用催化劑材料。”
這些研究，為未來(lái)燃料電池新型催化劑的研制提供了新思路。
與廈鎢新能源的合作，同樣正邁向更廣泛的空間。鋰硫電池，比鈷酸鋰電池具有更高能量。為在激烈的電池材料競(jìng)爭(zhēng)中保持先機(jī)，廈鎢新能源與孫世剛團(tuán)隊(duì)，正共同開(kāi)展鋰硫電池方面的研發(fā)。
如今，孫世剛團(tuán)隊(duì)不斷突破研究邊界，正為搶占新能源科研制高點(diǎn)助力。團(tuán)隊(duì)成員廖洪鋼教授毅然從國(guó)外歸來(lái)，加入孫世剛團(tuán)隊(duì)。“這里不僅有我需要的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，更有我向往的團(tuán)隊(duì)科研氛圍。”廖洪鋼說(shuō)。
經(jīng)過(guò)潛心攻關(guān)，廖洪鋼通過(guò)MEMS加工技術(shù)在電子顯微鏡中成功構(gòu)筑了一個(gè)納米實(shí)驗(yàn)室。“借助這一技術(shù)，我們可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀察物質(zhì)結(jié)構(gòu)，全程高清拍攝每個(gè)原子的變化和運(yùn)動(dòng)軌跡。”廖洪鋼表示，這項(xiàng)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)升級(jí)等領(lǐng)域。
2019年，廖洪鋼成立了廈門(mén)超新芯科技有限公司，獲評(píng)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，目前已完成千萬(wàn)級(jí)天使輪融資，成為成功切入全球電鏡產(chǎn)業(yè)鏈的中國(guó)科技企業(yè)代表。
對(duì)未來(lái)的科學(xué)研究與成果轉(zhuǎn)化，孫世剛院士充滿信心：“按照現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，我們期望未來(lái)在基于非貴金屬催化劑的燃料電池、超高比能量密度和比功率密度儲(chǔ)能體系以及解決一些國(guó)家重大需求方面，取得新的突破。”
