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域,踐行“讓磁學在能源領域内發揚光大”的初心。
創業雖難,擋不住對科研的 “ 熱愛 ”
剛加入青島大學時,李強老師就打算将磁學應用到能源領域,當時從事這方面的人不多,“我相信磁學在能源領域内會有着一席之地”,李強老師一頭紮進這個領域,一幹就是近十年。
剛開始的實驗條件很艱苦,實驗所需的材料和設備需要花費一定的經費購買,對于大部分初期的科研工作者來說,獲得足夠的經費支持并不容易,如果經費不足,就可能影響實驗的進行和科研的質量。有的實驗李老師想辦法借用其他老師設備擠出時間來幫忙完成,有些實驗需要借助公共測試平台來完成,但往往公共測試平台機時比較緊張,會影響實驗的進度。李強老師需要想盡辦法,優化實驗條件,利用有限的經費,争取高效高質量的完成實驗。還有些實驗,現有的标準測試設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,因為經費不足,李強老師一方面向學院努力争取經費上的支持,一方面親自帶領同學們動手去改裝測試裝置,完成測試的同時還能節省很大部分的經費。
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,有什麼想法可以馬上交流,沒準就能碰撞出靈感的火花,他總是保持着一顆樂觀積極的心态。他一直“熱愛”科研,同時也将這份心态傳遞給每一個學生。“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挂在嘴邊的這句話,“我熱愛磁學。當你發自内心地去熱愛它時,你會收獲到許多”。
當他讨論科研問題時,能從他的眼裡看出對科研的“熱愛”,正是他的這份熱愛,讓他和課題組将“磁學”在能源領域内脫穎而出。
另辟蹊徑,研發實時原位磁學測試技術
随着儲能需求的不斷提升,電化學電池的科學瓶頸呈現出從宏觀到微納尺度、從單一維度到多維度、從靜态到動态的過渡趨勢,其電化學反應界面複雜性和動态變化性超出了傳統分析技術的表征範圍和精度上限,也超出了單一學科的知識範疇。
李強老師團隊敏銳的發現基于多學科交叉,開發各種高靈敏度的新型原位表征技術,聯合多個觀察分析視角,對于闡明儲能機制、優化材料設計與制備工藝至關重要。
說幹就幹,李強老師馬上帶領着學生們撲到了原位表征技術開發上來,曆時近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,終于研發出了全面精準的實時原位磁學測試技術。
李強老師和學生一起探讨原位磁學測量技術
該技術處于國際水平,克服了傳統電池檢測技術中測不全、測不精、測不到、測不真的技術痛點,具有超高靈敏度、多維度、真實無損、普适性高等一系列獨特優勢,可以實現對電化學過程界面電荷轉移、物質轉化等的快速高靈敏監測,是研究雜質相和局部電子分布的全新“利器”,能夠獲取其他傳統技術所不能測得的信息。
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構動态演變規律發揮了重要作用。
“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”, 這也诠釋了李強老師說的“當你發自内心地去熱愛它時,你會收獲到許多”。
小試牛刀,揭示锂電池額外容量“起源”
2020年8月17日,李強老師團隊基于該技術在世界期刊 Nature Materials(《自然·材料》)發表了“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry(原位磁性測試揭示锂離子電池中額外容量起源)”的突破性研究成果,通過原位磁性監測技術揭示四氧化三鐵(Fe3O4)的額外容量主要來源。
該成果解決了困擾儲能領域近二十多年的科學難題,通過實驗證實了空間電荷存儲機制,明确了電子存儲位置,被Science Daily等國外八十多家權威媒體高度評價:“破解科學疑雲:解決了數十年的锂離子電池儲能謎團”。這是山東高校在該雜志上發表的第一篇學術論文,也入選了2021年中國百篇影響國際學術論文。
“我相信磁學在能源領域内會有着一席之地,我一直希望能夠将磁學在能源領域内發揚光大”,作為傳統磁學出身的李強老師,把磁學在能源領域内的發展為己任。
随着這篇工作的影響,國内外衆多學者意識到原位磁學測量在儲能研究方面的重要性,不斷發出合作邀請,尋求從磁學的角度來攻破儲能研究上的關鍵難題。同時,李老師也應邀在“雙清論壇”、“蔻享學術”、“科研雲”等知名科研論壇會議中,積極推動磁學在能源領域内的應用,助力颠覆性能源轉換與儲存材料的發展。
不忘初心,持續突破 “ 碩果累累 ”
随着在锂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,李強老師帶領課題組不忘初心,繼續保持着對科研的“熱愛”,基于原位磁學測試技術解決了儲能上一個又一個難題,先後在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.上發表了論文,并在《儲能科學與技術》、《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
此外,基于原位磁學測試技術,李強教授在指導研究生創新創業中也碩果累累,學生“互聯網+”、挑戰杯、創青春、山東省科技創新大賽、市長杯等重要賽事中榮獲30餘次獎勵,其中,趙越同學榮獲2023年“創青春”中國青年創新創業大賽國家銀獎、第九屆“互聯網+”大賽山東省金獎,被《光明日報》、《青島财經日報》等媒體專題報道。
“要探索科學本質,要做有意義的事情,寫有價值的、高水平的論文。做科研就要沉下心來,不要浮躁,不要着急。”在李強看來,隻有能坐得住,能撲下身子,能踏踏實實搞科研,才是把科研做好的保障。
科學研究的美妙之處不僅在于它的成果和成就,更在于它的過程。在這個過程中,人們會遇到許多困難和挫折,李強老師課題組因為對科研的“熱愛”,不斷挑戰自我,超越自我,追求着更為深入的理解和更為精準的測量。他們像是一群探險家,不斷開拓未知的領域,發現新的大陸和新的生命。
祝願每一位熱愛科研的人都能在他們的科學探索中取得成功,實現自己的夢想和目标。
人物簡介
李強,教授,博士生導師,青島大學物理科學學院新能源科學與工程系主任,國家“萬人計劃”青年拔尖人才,山東省傑青,現任山東省高校能源物理材料重點實驗室主任、青島市新能源系統智能測試診斷工程研究中心主任,榮獲2020中國十大新銳科技人物、山東省青年創新榜樣、山東省物理學會傑出青年學術獎、山東省研究生導師等榮譽。
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