文

《中国科学报》记者张晴丹

“如果是为了提高生活质量来读博，那简直就是完全错了！”刘平劝退过好些学生。

在美国加州大学圣地亚哥分校任教的8年里，刘平听过、见过很多并不喜欢搞研究的学生选择读博。从农村一路打拼出来，他很明白高收入的重要性，但他更深知非兴趣驱使的科研会产生一系列负向连锁反应。

做科研是要有松弛感的，刘平很看重这一点，也正是在他的宽严相济下，学生的科研水平突飞猛进，团队接连获得了许多重大突破。

最近，刘平团队更是开创性地解决了困扰固态锂硫电池很久的难题，研究出可自我修复的固态锂硫电池。相关研究成果发表在Nature上。

刘平

攻克困扰学界多年的难题

新能源汽车的火热带动了锂电池蓬勃发展，从电动汽车到电网储能，大家都想在全固态电池上寻求突破，一旦成功影响巨大。

固态锂硫电池是一种可充电电池，由固体电解质、锂金属制成的负极和硫制成的正极组成。这种电池有望成为当前锂离子电池的最佳替代品，因为它们的能量密度更高，而且成本也更低。

“硫这个材料很简单，没有复杂的材料化学特性，全世界硫的资源也非常丰富，因此成本非常低廉。固态锂硫电池最大的优势在于，其每公斤储存的能量理论上至少是传统锂离子电池的两倍。换句话说，它们可以在不增加电池组重量的情况下使电动汽车的续航里程翻一倍。”这篇论文的通讯作者刘平在接受《中国科学报》采访时介绍。

全球研究固态锂硫电池的团队比比皆是，很多年下来几乎都卡在同一个地方，深受硫固有特性的困扰。

早在15年前，刘平就开始着手于用高分子硫化物做固态锂硫电池的研究，耗时漫长且难出成果。

因为硫本身并不导电，而且硫正极在充电和放电过程中会明显膨胀，体积变化可以到80%，导致结构损坏和与固体电解质的接触减少。这些会损害固态电池的整体性能和寿命，影响电荷的稳定传输。这两个问题不解决，全固态锂硫电池产业可以说是举步维艰。

这一次，刘平团队用“碘”打破了这些桎梏，将一切变得完全不一样了。

在化学里几乎没听说过有硫化碘这种化合物。“但是我们发现，通过将碘分子插入晶体硫结构中，正极材料的电导率竟然提高了11个数量级，由硫和碘组成的晶体导电性比仅用硫制成的晶体高亿倍。我们发现了一种新的化合物，并且解决了硫是绝缘体的问题。”刘平说。

更重要的是，硫的熔点是多摄氏度，碘的熔点也类似，但这种新化合物的熔点在65摄氏度左右，比一杯热咖啡的温度还低。

这就很有意思了。

现在锂离子电池里用的电解质是液体，哪怕正极膨胀或收缩也没关系，液体会流动，跟固体仍可保持完美接触。但固态电池必须把液体电解质换成固体电解质，性质就完全不一样了。当正极和固态电解质之间的界面因发生膨胀而损坏时，会生成空隙，离子无法传输给电极材料，导致电阻上升，损坏电池。

而这种低熔点的新化合物正好可以解决这个问题。当电池正常工作时，温度有时就能达到60多摄氏度，正极可以很容易发生熔化，从而让空隙愈合，自行修复损坏的界面。

为了验证这种新型正极材料的有效性，研究人员构建了一个测试电池，并对其进行反复充电和放电循环。电池在多次循环中保持稳定，同时保留了87%的容量。

硫化碘正极材料的发明，让固态锂硫电池的研究向前迈进了一大步，为其商业化扫清了最主要的障碍，或将迎来高能量密度固态电池产业的腾飞。

目前，该团队正在尝试通过改进电池结构设计和加大电池体积，进一步来推进固态锂硫电池技术快速发展。

“来学术界从来都不是为了收入”

出生于江苏农村的刘平，没有科研氛围的熏陶，更没有科研基因的传承，他的父亲只在小学上过几年学，母亲则从未念过书。但他从老师的讲述和书籍的内容里对科学家有了一些模糊的印象。

真正对科研萌生兴趣是在奋力考上复旦大学后。“复旦的研究氛围很浓，我们本科生也经常有机会到实验室去体验，而且还有各种各样的学术报告。我在本科阶段得到了很好的熏陶。”刘平说。

因为很喜欢这里的氛围，刘平又继续留在复旦攻读硕士和博士。在化学系里，电池是一个很小众的专业，但刘平对电化学这门学科很有兴趣。

事实证明他很有眼光。年，索尼公司推出了第一款商用锂离子电池，从此掀起了锂离子电池的研究热。他的博士论文课题就是研究供锂离子电池使用的负极材料。

取得博士学位后，为了在电化学领域见识更广，刘平到美国国家可再生能源实验室做博士后工作，主要研究薄膜锂电池，并获得了永久职位。

工作6年后，刘平因家庭原因辞职搬去了加州，在HRL实验室（通用汽车和波音公司合资的工业实验室）能源技术部任高级科学家兼经理，管理着一个年度预算超过万美元的研究部门，致力于创新多种储能技术：可充电电池、燃料电池、储氢和电化学电容器。

9年后，他到美国能源部先进研究计划署（ARPA-E）担任项目主任，发起并主导了电动汽车储能和热管理技术的研究项目，用于提高能源效率。他负责的总投资超过一亿美元。

职场前20多年，他的经历十分饱满。虽然换过很多工作，但研究的

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkgx/8617.html