這個(gè)國(guó)慶，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授高悅團(tuán)隊(duì)仍然實(shí)驗(yàn)室里的電化學(xué)測(cè)試一直沒有停，提高電池低溫性能是他們正在解決的難題。這是為了進(jìn)一步完善團(tuán)隊(duì)今年在《自然》上發(fā)表的為電池“打一針”，恢復(fù)鋰電池“健康”的這一重要技術(shù)突破，這被認(rèn)為將深刻改變新能源格局。

《麻省理工科技評(píng)論》中國(guó)“35歲以下科技創(chuàng)新35人”、未來科學(xué)大獎(jiǎng)基金會(huì)亞洲青年學(xué)者獎(jiǎng)……1990年出生的高悅，加盟復(fù)旦大學(xué)5年，已收獲一連串榮譽(yù)。但比起這些，他更希望大家關(guān)注的是團(tuán)隊(duì)的研究成果和產(chǎn)品?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)大部分是95后、00后，大家都覺得闖沒人走過的路，才是為國(guó)攻堅(jiān)最酷的事，我們都樂在其中?！备邜傉f。

(資料圖片)

高悅（左一）在實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生們展示如何修復(fù)報(bào)廢電池，并重新在機(jī)器狗中使用。

最前沿研究來自最樸素想法

在高悅的實(shí)驗(yàn)室展示柜里，一個(gè)蛋形的玻璃容器中，盛放著白色的粉末。而在它旁邊，一個(gè)被固定在加熱燒杯中的圓底燒瓶里，則盛放著偏白色的液體。

這就是高悅團(tuán)隊(duì)的重要研究成果之一：三氟甲基亞磺酸鋰（CF3SO2Li）的固體和液體兩種狀態(tài)。當(dāng)鋰電池的壽命即將終結(jié)時(shí)，為它“打一針”這種載體分子，就能使電池恢復(fù)容量，而鋰電池的循環(huán)壽命能從目前的500-2000圈提升到超過12000-60000圈。

鋰電池“補(bǔ)鋰”，一直是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)話題。然而，究竟怎么補(bǔ)？學(xué)術(shù)界和工業(yè)界尚都無(wú)理想答案。如果僅補(bǔ)充帶正電的鋰離子，這違背化學(xué)定律。周悅帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，利用有機(jī)化學(xué)原理，設(shè)計(jì)出特殊載體分子。這種分子注入電池后，通過電化學(xué)反應(yīng)，精準(zhǔn)釋放出所需的鋰離子，并將其余成分降解排出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的修復(fù)。

鋰電池為什么會(huì)老化？高悅打了個(gè)比方，就好像工地上原本有100個(gè)工人在來回搬磚，隨著時(shí)間推移，工人不斷流失，只剩下80個(gè)。這里的“工人”，就是鋰離子。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)廢電池的正負(fù)極材料其實(shí)都完好無(wú)損，損耗的關(guān)鍵在于鋰離子。“缺啥補(bǔ)啥”——這個(gè)最樸素的想法就成了高悅研究的起點(diǎn)。

“讀博士以前，我以為電池是純工程的東西，只與產(chǎn)業(yè)相關(guān)。但事實(shí)上，最底層的是物理和化學(xué)科學(xué)。”高悅說。本科時(shí)打下有機(jī)化學(xué)的扎實(shí)基礎(chǔ)，研究生時(shí)對(duì)靶向治療、精準(zhǔn)給藥等領(lǐng)域有所涉獵，再加上博士、博士后階段切入能源工程的系統(tǒng)思維，最終讓他在聚焦電池技術(shù)時(shí)，成功將化學(xué)合成與電化學(xué)原理結(jié)合，得以直接探索鋰離子損耗的核心問題。

團(tuán)隊(duì)成員杜佳勇在手套箱進(jìn)行有機(jī)實(shí)驗(yàn)，合成有機(jī)鋰載體分子。

三年沒成果，依然收到鼓勵(lì)和支持

“我希望自己做的東西，最終能為國(guó)效力?！焙秃芏嗟胶Ｍ馍钤斓膶W(xué)子一樣，高悅的夢(mèng)想是學(xué)以致用。學(xué)成回國(guó)后，他決定留在上海，加入復(fù)旦大學(xué)。

“前三年，什么成果也沒有，但學(xué)校和院系還是很支持我，我還收到了很多老師的鼓勵(lì)?！闭沁@種不以短期成果論英雄的環(huán)境，讓高悅沉下心來，專心去挑戰(zhàn)那些真正重要但需要長(zhǎng)期投入的原創(chuàng)性難題。

此外，復(fù)旦正在大力發(fā)展的科學(xué)智能（AI for Science），也讓他能充分利用AI，甚至改變了研究方式。“過去，我們尋找新分子，只能通過一個(gè)個(gè)‘打鳥槍’，這個(gè)不行就換下一個(gè)?！备邜傉f到這里又打了個(gè)形象的比方，“就像讓一個(gè)果農(nóng)去找一種‘長(zhǎng)得像葡萄，聞起來像西瓜，吃起來像石榴’的水果，他肯定一臉懵，因?yàn)樾闹懈緵]概念。”而AI的作用，就是幫助人類找到這種水果。高悅團(tuán)隊(duì)正是借助AI找到了那個(gè)分子——三氟甲基亞磺酸鋰。

在此之后，“果農(nóng)”手握利器，找類似分子更容易了。高悅介紹，團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)找到了大概50種此類分子。之所以要找這么多，是因?yàn)楫?dāng)涉及到產(chǎn)線生產(chǎn)時(shí)，復(fù)雜指數(shù)會(huì)成倍上升?！拔也⒉幌胫蛔隼碚摚窍胱龀瞿軕?yīng)用的產(chǎn)品。”高悅說。

團(tuán)隊(duì)成員趙馳昊在實(shí)驗(yàn)室對(duì)有機(jī)合成后的產(chǎn)物進(jìn)行提純。

從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線，領(lǐng)跑行業(yè)前沿

科技競(jìng)爭(zhēng)，只爭(zhēng)朝夕。今年4月，美國(guó)能源部把電池修復(fù)列入新的研究方向。而高悅團(tuán)隊(duì)早于今年2月就發(fā)表了相關(guān)論文。這說明我國(guó)科學(xué)家在該領(lǐng)域已處于領(lǐng)先地位。

在高悅團(tuán)隊(duì)里，大部分成員都是95后、00后?！拔矣X得他們更有使命感，愿意為自己熱愛的事付出，而且大家的科研夢(mèng)想都很一致，希望不再‘追趕和跟隨’?！弊尭邜偺貏e感慨的是，在實(shí)驗(yàn)室，大伙都會(huì)工作到很晚，因?yàn)椤按蠹叶贾?，我們?cè)谧鲆患袃r(jià)值的、而且可能會(huì)有應(yīng)用結(jié)果的事”。

但是，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室成果要真正成為市場(chǎng)上的產(chǎn)品，其過程遠(yuǎn)比單純發(fā)表論文要漫長(zhǎng)、要經(jīng)歷更多曲折?！霸诠I(yè)流程中，每一步都必須非常精確。比如烘干，要精確到120攝氏度，差5度都不行。”一旦一個(gè)流程失敗了，只能從頭再來。這也促使團(tuán)隊(duì)繼續(xù)探索，從最初只關(guān)注化學(xué)性質(zhì)，演進(jìn)為將“化學(xué)性質(zhì)+成本+工程工藝”三個(gè)維度全部納入考量。

來自一線的反饋，促使著團(tuán)隊(duì)不斷改進(jìn)新分子，并將實(shí)驗(yàn)室里“小鍋小灶”的合成方法，重新優(yōu)化成適合“大鍋飯”的工業(yè)流程。目前，團(tuán)隊(duì)正和上市公司合作，將借助企業(yè)產(chǎn)線、實(shí)驗(yàn)室資源，進(jìn)行產(chǎn)品的量產(chǎn)放大測(cè)試。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“外部補(bǔ)鋰”技術(shù)，能通過在電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中加入特殊分子，實(shí)現(xiàn)其壽命的數(shù)倍延長(zhǎng)，目前已進(jìn)入商用化測(cè)試階段。

團(tuán)隊(duì)成員康孜揚(yáng)對(duì)組裝好的軟包電池進(jìn)行性能測(cè)試。

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