從2014年剛加入青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院的一個人和一間二十多平方米實(shí)驗(yàn)室,到現(xiàn)在的青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院磁電化學(xué)課題組、30多人的多學(xué)科交叉研究團(tuán)隊(duì),新能源科學(xué)與工程系主任李強(qiáng)教授近十載深耕在能源與磁學(xué)交叉領(lǐng)域,踐行“讓磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚(yáng)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(xué)時,李強(qiáng)老師就打算將磁學(xué)應(yīng)用到能源領(lǐng)域,當(dāng)時從事這方面的人不多,“我相信磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)會有著一席之地”,李強(qiáng)老師一頭扎進(jìn)這個領(lǐng)域,一干就是近十年。
剛開始的實(shí)驗(yàn)條件很艱苦,實(shí)驗(yàn)所需的材料和設(shè)備需要花費(fèi)一定的經(jīng)費(fèi)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(fèi)支持并不容易,如果經(jīng)費(fèi)不足,就可能影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和科研的質(zhì)量。有的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)需要借助公共測試平臺來完成,但往往公共測試平臺機(jī)時比較緊張,會影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度。李強(qiáng)老師需要想盡辦法,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,利用有限的經(jīng)費(fèi),爭取高效高質(zhì)量的完成實(shí)驗(yàn)。還有些實(shí)驗(yàn),現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)榻?jīng)費(fèi)不足,李強(qiáng)老師一方面向?qū)W院努力爭取經(jīng)費(fèi)上的支持,一方面親自帶領(lǐng)同學(xué)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(fèi)。
李強(qiáng)和他的學(xué)生最初所在實(shí)驗(yàn)室
李強(qiáng)老師和學(xué)生大概六七個學(xué)生擠在一個堆滿實(shí)驗(yàn)設(shè)備的二十幾多平米大小的房間,他說喜歡和同學(xué)們呆在一起,有什么想法可以馬上交流,沒準(zhǔn)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(xué)生。“I like magnetism.”提起李強(qiáng)老師,青島大學(xué)的同學(xué)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(xué)。當(dāng)你發(fā)自內(nèi)心地去熱愛它時,你會收獲到許多”。
當(dāng)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(xué)”在能源領(lǐng)域內(nèi)脫穎而出。
另辟蹊徑,研發(fā)實(shí)時原位磁學(xué)測試技術(shù)
隨著儲能需求的不斷提升,電化學(xué)電池的科學(xué)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(xué)反應(yīng)界面復(fù)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(xué)科的知識范疇。
李強(qiáng)老師團(tuán)隊(duì)敏銳的發(fā)現(xiàn)基于多學(xué)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(jī)制、優(yōu)化材料設(shè)計(jì)與制備工藝至關(guān)重要。
說干就干,李強(qiáng)老師馬上帶領(lǐng)著學(xué)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(shí)驗(yàn),多方面攻堅(jiān)克難,終于研發(fā)出了全面精準(zhǔn)的實(shí)時原位磁學(xué)測試技術(shù)。
李強(qiáng)老師和學(xué)生一起探討原位磁學(xué)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(diǎn),具有超高靈敏度、多維度、真實(shí)無損、普適性高等一系列獨(dú)特優(yōu)勢,可以實(shí)現(xiàn)對電化學(xué)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(xué)領(lǐng)域研究的新“利器”,為理解電化學(xué)能源新機(jī)制提供自旋新視角,對揭示真實(shí)條件下電化學(xué)反應(yīng)機(jī)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(tuán)隊(duì)每一位成員的辛苦付出,因?yàn)?ldquo;熱愛”,我們堅(jiān)持了下來”, 這也詮釋了李強(qiáng)老師說的“當(dāng)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(qiáng)老師團(tuán)隊(duì)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(xué)難題,首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了空間電荷存儲機(jī)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(xué)疑云:解決了數(shù)十年的鋰離子電池儲能謎團(tuán)”。這是山東高校在該雜志上發(fā)表的第一篇學(xué)術(shù)論文,也入選了2021年中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文。
“我相信磁學(xué)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(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚(yáng)光大”,作為傳統(tǒng)磁學(xué)出身的李強(qiáng)老師,把磁學(xué)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(xué)者意識到原位磁學(xué)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(xué)的角度來攻破儲能研究上的關(guān)鍵難題。同時,李老師也應(yīng)邀在“雙清論壇”、“蔻享學(xué)術(shù)”、“科研云”等知名科研論壇會議中,積極推動磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)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(jī)制上的突破性成果,李強(qiáng)老師榮獲“2020中國十大新銳科技人物”獎項(xiàng)。
雖然獲得了一些成就,李強(qiáng)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(xué)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(xué)與技術(shù)》、《物理化學(xué)學(xué)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(qiáng)老師和學(xué)生合影
此外,基于原位磁學(xué)測試技術(shù),李強(qiáng)教授在指導(dǎo)研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中也碩果累累,學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”、挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)青春、山東省科技創(chuàng)新大賽、市長杯等重要賽事中榮獲30余次獎勵,其中,趙越同學(xué)榮獲2023年“創(chuàng)青春”中國青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國家銀獎、第九屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽山東省金獎,被《光明日報》、《青島財(cái)經(jīng)日報》等媒體專題報道。
“要探索科學(xué)本質(zhì),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,不要著急。”在李強(qiáng)看來,只有能坐得住,能撲下身子,能踏踏實(shí)實(shí)搞科研,才是把科研做好的最大保障。
科學(xué)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(qiáng)老師課題組因?yàn)閷蒲械?ldquo;熱愛”,不斷挑戰(zhàn)自我,超越自我,追求著更為深入的理解和更為精準(zhǔn)的測量。他們像是一群探險家,不斷開拓未知的領(lǐng)域,發(fā)現(xiàn)新的大陸和新的生命。
祝愿每一位熱愛科研的人都能在他們的科學(xué)探索中取得成功,實(shí)現(xiàn)自己的夢想和目標(biāo)。
人物簡介
李強(qiáng),教授,博士生導(dǎo)師,青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院新能源科學(xué)與工程系主任,國家“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才,山東省杰青,現(xiàn)任山東省高校能源物理材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、青島市新能源系統(tǒng)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(chuàng)新榜樣、山東省物理學(xué)會杰出青年學(xué)術(shù)獎、山東省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師等榮譽(yù)。
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