從2014年剛加入青島大學物理科學學院的一個人和一間二十多平方米實驗室,到現(xiàn)在的青島大學物理科學學院磁電化學課題組、30多人的多學科交叉研究團隊,新能源科學與工程系主任李強教授近十載深耕在能源與磁學交叉領(lǐng)域,踐行“讓磁學在能源領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚光大”的初心。

創(chuàng)業(yè)雖難,擋不住對科研的“熱愛”

剛加入青島大學時,李強老師就打算將磁學應用到能源領(lǐng)域,當時從事這方面的人不多,“我相信磁學在能源領(lǐng)域內(nèi)會有著一席之地”,李強老師一頭扎進這個領(lǐng)域,一干就是近十年。

剛開始的實驗條件很艱苦,實驗所需的材料和設(shè)備需要花費一定的經(jīng)費購買,對于大部分初期的科研工作者來說,獲得足夠的經(jīng)費支持并不容易,如果經(jīng)費不足,就可能影響實驗的進行和科研的質(zhì)量。有的實驗李老師想辦法借用其他老師設(shè)備擠出時間來幫忙完成,有些實驗需要借助公共測試平臺來完成,但往往公共測試平臺機時比較緊張,會影響實驗的進度。李強老師需要想盡辦法,優(yōu)化實驗條件,利用有限的經(jīng)費,爭取高效高質(zhì)量的完成實驗。還有些實驗,現(xiàn)有的標準測試設(shè)備上不能滿足一些新的物理測試,需要有一些定制化的測量方案,因為經(jīng)費不足,李強老師一方面向?qū)W院努力爭取經(jīng)費上的支持,一方面親自帶領(lǐng)同學們動手去改裝測試裝置,完成測試的同時還能節(jié)省很大部分的經(jīng)費。

李強和他的學生最初所在實驗室

李強老師和學生大概六七個學生擠在一個堆滿實驗設(shè)備的二十幾多平米大小的房間,他說喜歡和同學們呆在一起,有什么想法可以馬上交流,沒準就能碰撞出靈感的火花,他總是保持著一顆樂觀積極的心態(tài)。他一直“熱愛”科研,同時也將這份心態(tài)傳遞給每一個學生。“I like magnetism.”提起李強老師,青島大學的同學們首先想到的便是這句他常掛在嘴邊的這句話,“我熱愛磁學。當你發(fā)自內(nèi)心地去熱愛它時,你會收獲到許多”。

當他討論科研問題時,能從他的眼里看出對科研的“熱愛”,正是他的這份熱愛,讓他和課題組將“磁學”在能源領(lǐng)域內(nèi)脫穎而出。

另辟蹊徑,研發(fā)實時原位磁學測試技術(shù)

隨著儲能需求的不斷提升,電化學電池的科學瓶頸呈現(xiàn)出從宏觀到微納尺度、從單一維度到多維度、從靜態(tài)到動態(tài)的過渡趨勢,其電化學反應界面復雜性和動態(tài)變化性超出了傳統(tǒng)分析技術(shù)的表征范圍和精度上限,也超出了單一學科的知識范疇。

李強老師團隊敏銳的發(fā)現(xiàn)基于多學科交叉,開發(fā)各種高靈敏度的新型原位表征技術(shù),聯(lián)合多個觀察分析視角,對于闡明儲能機制、優(yōu)化材料設(shè)計與制備工藝至關(guān)重要。

說干就干,李強老師馬上帶領(lǐng)著學生們撲到了原位表征技術(shù)開發(fā)上來,歷時近4年時間,從軟件到硬件、從材料到器件、從理論到實驗,多方面攻堅克難,終于研發(fā)出了全面精準的實時原位磁學測試技術(shù)。

李強老師和學生一起探討原位磁學測量技術(shù)

該技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平,克服了傳統(tǒng)電池檢測技術(shù)中測不全、測不精、測不到、測不真的技術(shù)痛點,具有超高靈敏度、多維度、真實無損、普適性高等一系列獨特優(yōu)勢,可以實現(xiàn)對電化學過程界面電荷轉(zhuǎn)移、物質(zhì)轉(zhuǎn)化等的快速高靈敏監(jiān)測,是研究雜質(zhì)相和局部電子分布的全新“利器”,能夠獲取其他傳統(tǒng)技術(shù)所不能測得的信息。

這一種新的測量方法,也成為了磁電化學領(lǐng)域研究的新“利器”,為理解電化學能源新機制提供自旋新視角,對揭示真實條件下電化學反應機理與電池材料結(jié)構(gòu)動態(tài)演變規(guī)律發(fā)揮了重要作用。

“感謝團隊每一位成員的辛苦付出,因為“熱愛”,我們堅持了下來”, 這也詮釋了李強老師說的“當你發(fā)自內(nèi)心地去熱愛它時,你會收獲到許多”。

小試牛刀,揭示鋰電池額外容量“起源”

2020年8月17日,李強老師團隊基于該技術(shù)在世界頂尖期刊 Nature Materials(《自然·材料》)發(fā)表了“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry(原位磁性測試揭示鋰離子電池中額外容量起源)”的突破性研究成果,通過原位磁性監(jiān)測技術(shù)揭示四氧化三鐵(Fe3O4)的額外容量主要來源。

該成果解決了困擾儲能領(lǐng)域近二十多年的科學難題,首次通過實驗證實了空間電荷存儲機制,明確了電子存儲位置,被Science Daily等國外八十多家權(quán)威媒體高度評價:“破解科學疑云:解決了數(shù)十年的鋰離子電池儲能謎團”。這是山東高校在該雜志上發(fā)表的第一篇學術(shù)論文,也入選了2021年中國百篇最具影響國際學術(shù)論文。

“我相信磁學在能源領(lǐng)域內(nèi)會有著一席之地,我一直希望能夠?qū)⒋艑W在能源領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚光大”,作為傳統(tǒng)磁學出身的李強老師,把磁學在能源領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展為己任。

隨著這篇工作的影響,國內(nèi)外眾多學者意識到原位磁學測量在儲能研究方面的重要性,不斷發(fā)出合作邀請,尋求從磁學的角度來攻破儲能研究上的關(guān)鍵難題。同時,李老師也應邀在“雙清論壇”、“蔻享學術(shù)”、“科研云”等知名科研論壇會議中,積極推動磁學在能源領(lǐng)域內(nèi)的應用,助力顛覆性能源轉(zhuǎn)換與儲存材料的發(fā)展。

不忘初心,持續(xù)突破“碩果累累”

隨著在鋰電池儲能機制上的突破性成果,李強老師榮獲“2020中國十大新銳科技人物”獎項。

雖然獲得了一些成就,李強老師帶領(lǐng)課題組不忘初心,繼續(xù)保持著對科研的“熱愛”,基于原位磁學測試技術(shù)解決了儲能上一個又一個難題,先后在Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chemie、Matter、Sci. Bull.、Chinese J. Ctal.、Energy Environ. Sci.、Energy Stor. Mater.、Nano Lett、Chem. Mater.、Chem. Sci. Adv. Sci、Phys. Rev. Appl、Appl. Phys. Lett.上發(fā)表了論文,并在《儲能科學與技術(shù)》、《物理化學學報》、Renewables、Adv. Energy Mater.等期刊中針對儲能材料中的磁性表征撰寫了綜述文章。

李強老師和學生合影

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