能源興國 與有榮焉
——記常州大學材料科學與工程學院院長任玉榮及團隊

黃雪霜 王 輝

汽車強國，離不開產(chǎn)業(yè)配套。作為核心零部件之一，動力電池堪稱新能源汽車的“心臟”，動力電池強，則新能源汽車強；動力電池弱，則新能源汽車弱。

事實上，在“雙碳”目標驅動的產(chǎn)業(yè)變革中，動力電池已成為關鍵一環(huán)。在2023年6月9日舉辦的世界動力電池大會上，中國工程院院士吳鋒就指出，“動力電池是實現(xiàn)‘雙碳’目標的關鍵之一”。吳鋒認為，動力電池生產(chǎn)過程的節(jié)能降碳，要從碳排放量占比高的材料生產(chǎn)和電池組加工環(huán)節(jié)著手，實現(xiàn)從原料生產(chǎn)到回收的全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新。

當新能源革命的浪潮席卷而來，唯智勇兼?zhèn)湔?，方可破浪前行。在眾多科研工作者競相涌入能源行業(yè)追波逐浪時，有一名女性科研工作者也融入其中，希望以自己的綿薄之力助力我國動力電池材料研究前行。她是常州大學材料科學與工程學院院長、國家二級教授任玉榮。近年來，她帶領團隊不僅在新能源電池材料基礎研究領域取得諸多創(chuàng)新成果，還面向國家重大需求和企業(yè)實際難題攻堅克難，為行業(yè)發(fā)展作出了實實在在的貢獻。

任玉榮

創(chuàng)新制勝，突破瓶頸

隨著新能源汽車的普及，電動汽車的續(xù)航問題變得越來越突出。誰的續(xù)航里程更高，誰就更能獲得消費者的認可。而電動汽車的續(xù)航里程，和一個重要的電池參數(shù)有關——能量密度。業(yè)內(nèi)普遍認為，長續(xù)航里程是新能源乘用車的首要技術指標，在保證安全性的前提下，不斷提升能量密度是必然的發(fā)展趨勢。而三元正極材料的高鎳化，正是對能量密度的追求，也是目前一條主要的技術路線。然而，高鎳三元正極材料存在結構穩(wěn)定性差、表面殘鋰高等問題，導致循環(huán)性能和安全性能差，是產(chǎn)業(yè)當中亟待突破的科學技術瓶頸。

針對這一技術難題，任玉榮團隊系統(tǒng)開展了從“前驅體晶粒定向可控生產(chǎn)”“雙原子摻雜協(xié)同界面包覆共修飾調(diào)控材料體相和界面結構”到“單晶材料智能化生產(chǎn)”3個方面的基礎研究和技術突破，取得了具有國際領先水平的創(chuàng)新成果。項目研究解決了高鎳三元正極材料產(chǎn)業(yè)中存在的瓶頸問題，獲授權發(fā)明專利7件，制定標準3項，并獲得2021年度省科學技術進步獎二等獎。

目前，項目研究成果已在湖南金富力新能源股份有限公司產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)的產(chǎn)品已在深圳市浩然電池有限公司、河源云創(chuàng)新能源實業(yè)有限公司等新能源企業(yè)推廣使用。近3年來，這一項技術的應用累計實現(xiàn)新增銷售收入21.15億元，新增利潤2.40億元。

任玉榮深知，基礎研究是整個科學體系的源頭，是所有技術問題的總機關，在整個創(chuàng)新鏈中具有至關重要的地位。2022年年底，她牽頭申報的國家自然科學基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點項目“多場耦合下高比能電池正負極表界面三維結構演化機理研究”正式獲批立項?！斑@一研究就像是對電池盲盒空間進行三維解析，奠定多場耦合材料界面研究理論基礎、突破高比能寬溫度動力電池產(chǎn)品的續(xù)航能力和運行安全等技術瓶頸，從而更好地服務地方產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。”任玉榮介紹，目前相關技術還在繼續(xù)深入研究中。

“做科研不是自娛自樂，‘面向國家重大需求，推進產(chǎn)學研深度融合’是我們一以貫之的理念?！比斡駱s說，電池就像是神秘的盲盒，各種復雜的物理、化學、電化學過程交織其中，產(chǎn)業(yè)技術升級難度大。只有聚焦實際問題，加強產(chǎn)學研融合，才能真正縮短從實驗室到市場應用的進程，真正做到服務實際需求。

2019年，中國科協(xié)發(fā)布的“20個前沿科學問題和工程技術難題”中明確指出，突破高能量密度動力電池核心材料體系的技術瓶頸，實現(xiàn)高能量密度動力電池工程化，可從根本上緩解電動汽車行業(yè)“續(xù)航里程焦慮”問題，加速推動這一行業(yè)的發(fā)展，對振興中國汽車、保障能源安全、節(jié)能減排等有重要意義。

“石墨負極體系向硅基負極體系升級是推動高能量密度實現(xiàn)的重要突破方向。但是，硅基負極材料存在較大體積膨脹和導電性差等本征缺陷及規(guī)?；a(chǎn)一致性差，嚴重影響了電池的安全性和穩(wěn)定性。”為了突破這一科學技術瓶頸，任玉榮帶領團隊協(xié)同企業(yè)開展長期合作，就“動力電池用負極材料關鍵技術開發(fā)及智能化生產(chǎn)”開展系列技術攻關，取得了“多元協(xié)同改良天然石墨”“壓電效應調(diào)控硅碳負極材料”“硅碳材料智能自動化生產(chǎn)線設計”3個方面的創(chuàng)新成果，突破了硅基負極材料產(chǎn)業(yè)中存在的瓶頸問題，共獲授權專利11件、實用新型專利40件、軟件著作權19件，發(fā)表文章24篇，制定標準6件。項目研究成果已在貝特瑞（江蘇）新能源材料有限公司和常州百利鋰電智慧工廠有限公司產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)的產(chǎn)品已在三星SDI、SKI等國際新能源領域巨頭企業(yè)推廣使用。相關系列成果還獲得中國有色金屬學會工業(yè)科學技術獎一等獎。

“材料，是一切高科技的物質(zhì)基礎，也是國家硬核科技實力的根本?！比斡駱s深知，動力電池產(chǎn)品的高安全性、高能量密度、高倍率性能、經(jīng)久耐用和更低成本，是決定其取得市場成功的關鍵因素，而材料從根本上決定著電池性能。她所帶領的團隊目前在材料體系研究方面已經(jīng)走在了國際前沿，“大家也正在努力，讓更多國外同行看到中國材料科學家為行業(yè)發(fā)展作出的貢獻”。

近日，團隊成員在材料科學領域期刊《先進科學》（Advanced Science）上發(fā)表論文，提出利用硅負極在充放電循環(huán)中的“體積膨脹”特性構建了一種“序構”材料。他們通過在硅碳核殼復合材料表面引入“主動參與、主動作為”的功能化壓電修飾層，利用合金化反應產(chǎn)生的機械應力誘導壓電材料產(chǎn)生局域電場，實現(xiàn)機械能轉化為電能，來獲得一定的功能性，從而更加有效地促進界面鋰離子輸運能力，同時緩解了合金化反應引起的體積膨脹，從而維持良好的界面接觸。這一研究還揭示了具有壓電性能的表面修飾對于硅負極材料的改性機理，標志著我國科學家在長壽命硅基鋰離子電池負極材料上取得重要進展。

研途有你，感恩同行

2007年，國家發(fā)展和改革委員會頒布《新能源汽車生產(chǎn)準入管理規(guī)則》扶持新能源汽車發(fā)展。在政策引領與市場需求的雙重驅動下，新能源材料及動力電池領域的科研迎來新的機遇與挑戰(zhàn)。

也是在這一年，任玉榮考入中國科學院大學，師從于作龍教授，開啟自己的博士生涯?；貞浧疬@段學習經(jīng)歷，任玉榮感觸頗多。當時她已結婚生子，只能把上小學的女兒帶在身邊?！澳嵌螘r間雖然辛苦，但是老師的辛勤教導讓我進步很快，他的科研思路、選題理念及指導學生的方法也讓我受益至今。”她說，“于老師治學嚴謹、對我們要求很嚴格，卻又非常細膩。他看我邊帶孩子邊做科研很辛苦，常常讓師母關心、照顧我的生活?！?/p>

在恩師的指導和鼓勵下，任玉榮開展了全新的開放性課題研究，并很快取得突破。兩年后，相關研究成果“S i O/C N T s∶新型鋰離子電池負極材料”在《中國科學》雜志發(fā)表。

2022年7月，任玉榮當選英國皇家化學會會士。這個學會成立于1841年，是世界上歷史最悠久的化學學術團體和歐洲最大的化學科學團體之一。她的入選也說明其在國際能源化學領域有一定影響力。

一個人的成長離不開老師的教育和培養(yǎng)。任玉榮說，一想到自己的成長歷程，就想起自己的恩師。如果沒有老師的指導和激勵，可能就沒有自己的今天?！叭缃穸鲙熞呀?jīng)去世，但每每遇到科研難題，我還是常常會感念他?！比斡駱s說，于老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和持之以恒的科研精神影響了自己的一生，“他要求我不論多艱難，都一定要堅持把科研做下去，哪怕我在行政工作崗位上也沒有放下科研?！?/p>

厚誼長存，深恩永志。任玉榮非常慶幸能夠繼承恩師“衣缽”，成為一名傳道授業(yè)解惑的師者。在老師的角色中，她也將這種甘為人梯、獎掖后學的精神傳承下去。

任玉榮會在自己帶碩士、博士研究生的第一天，對他們提出3項能力要求。第一，要有獨立完成課題的研究能力，憑借內(nèi)驅力前行；第二，要不斷拓展自身的技能，具有良好的學習能力，善于從不同學科的交叉領域獲得啟發(fā)，進而提升自己的科研能力和認知曲線；第三，要有較好的寫作能力。她坦言，現(xiàn)在的學生多是“00后”，個性獨立，不愿循規(guī)蹈矩，思維活躍，不走尋常路。這樣更要求老師能夠因材施教，賦予更多的耐心來引導，“有學生對自己的大論文體系不滿意，認為如果按照老師的要求做雖穩(wěn)妥，但卻走了師兄的老路。遇到這種情況，我在肯定他們創(chuàng)新積極性的同時，會允許學生在自己的主線思路上進行探索，但我會引導他們，讓他們避免漫無目的地試錯”。

孔子說，“三人行，必有我?guī)熝伞?，“教學相長”也是任玉榮在教學育人上選擇的模式?！霸谂囵B(yǎng)學生的過程中，我感覺自己也在進步?！碧依顫M天下，春暉遍四方。如今，她的學生已遍布各行各業(yè)，科研人員、公務員、教師……看到他們的成才，任玉榮有一種無法言說的喜悅。

“21世紀科技發(fā)展呈現(xiàn)大融合、大交叉、大匯聚的趨勢。而作為一切科學的根本，材料科學更是一門多學科交叉融合的領域。”任玉榮說，立足這一融合大趨勢，以學科匯聚的理念來規(guī)劃未來團隊、學院的建設成為必由之路。恰逢常州帷幄布局打造引領長三角、輻射全國、全球有影響力的新能源之都，致力于將新能源汽車及動力電池產(chǎn)業(yè)、新能源、智能電網(wǎng)等在內(nèi)的多條產(chǎn)業(yè)鏈“串聯(lián)成珠”，廣栽梧桐樹，筑巢引鳳來。藍圖已繪就，揚帆正當時。2019年年底，常州新能源研究院應運而生。在中國工程院院士吳鋒的指導和帶領下，團隊以服務重大戰(zhàn)略需求和解決重大挑戰(zhàn)問題為牽引，致力于圍繞新能源和新材料產(chǎn)業(yè)體系打造學科匯聚型實體建設研究院，在二次電池材料與技術、智能電池、柔性電池、電池回收等國家重大項目領域的技術攻關中發(fā)揮重要的作用。

產(chǎn)教融合，科教融匯

“科技創(chuàng)新，人才為本?！比斡駱s深知人才對于科研創(chuàng)新的重要性，所以她非常重視創(chuàng)新型人才和創(chuàng)新型團隊的培養(yǎng)和建設。她鼓勵年輕人不僅要前瞻新方向，更要及時了解國際前沿和學科新進展，學習新知識，不斷進步。

任玉榮時常帶領團隊去企業(yè)做調(diào)研，了解企業(yè)技術需求，確立團隊研究方向，用科研解決實際問題。她說，“教學與科研并不沖突，通過產(chǎn)教融合、科教融匯，才能更好地培養(yǎng)國家需要的創(chuàng)新型人才。我們的研究一定要走產(chǎn)學研深度融合之路?！?/p>

2015年，任玉榮作為高級訪問學者到美國加州大學洛杉磯分校進行訪學?？吹礁笫澜绲耐瑫r，她也被更大的世界看到?！霸谶@里，我看到了先進的團隊管理和前沿科研理念，其實國際前沿并非不可超越，未來我們做科研更有自信?！?016年回國，她繼續(xù)帶領團隊不斷學習、交流和實踐，以創(chuàng)新活力孕育科研成果。

溫婉如玉、春風化雨，這是任玉榮給大家的第一印象。在學生眼中，她是一位要求嚴格、不怒自威的教師。她常說，“無規(guī)矩不成方圓”，沒有制度就沒有高質(zhì)量的發(fā)展，“但寫在墻上的不是制度，大家形成的習慣才是真正的制度。”在她看來，一支優(yōu)秀的團隊必然會在長期的嚴于律己中，迸發(fā)追求卓越的精神、革故鼎新的勇氣和堅忍不拔的定力。

幾年間，團隊青年科研人員取得了快速的進步。團隊相繼培養(yǎng)出江蘇省“333人才工程”中青年領軍人才等6人、江蘇省“青藍工程”中青年學術帶頭人7人、優(yōu)秀青年骨干教師16人、江蘇省突出貢獻中青年專家1人、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才5人、江蘇省“雙創(chuàng)計劃”人才3人。團隊還獲得江蘇省“青藍工程”科技創(chuàng)新團隊、江蘇省優(yōu)秀學科梯隊等稱號。

從2010年入職常州大學，13年來，任玉榮不僅見證了常州大學的發(fā)展，也實現(xiàn)了與材料學院的雙向奔赴與共同成長。而對于材料學院未來的發(fā)展，任玉榮也有著自己的理解。首先，材料學院的師資隊伍是學院發(fā)展的“牛鼻子”，學科精度上升、層級高端化的前提是師資隊伍的高端化。“青年是學院未來發(fā)展最有活力、最有牽引作用的一股力量，年輕教師隊伍的高端化發(fā)展是學院未來發(fā)展的第一要素。”其次，材料學院既要符合學校的定位，又要有自己的特色，就必須走“產(chǎn)教融合、科教融匯”的耦合新路徑?！白鳛槌Ｖ荽髮W第一個博士授予點單位和唯一的省級新能源材料與器件的產(chǎn)教融合基地，學院必須圍繞新能源做出自己的特色，在全國材料學科做出亮點。”

目前，任玉榮同時兼任江蘇省新能源汽車動力電池制造技術工程研究中心主任，正致力于從電池材料到電池器件、電池包，再到電池回收的電池全生命周期布局平臺理念的研究，“雖然目前電池回收技術還沒有非常成熟，但這種全生命周期的理念是我們今后科研的重要方向?！?/p>

談及未來3到5年的規(guī)劃，任玉榮說，從大的方面來說，她希望帶好團隊，發(fā)展好學院，提高學院學科水平，爭取獲批國家級科研平臺，建設國家一流學科；從小的方面來說，希望能培養(yǎng)出自主創(chuàng)新的“四青人才”乃至國家級人才，自己在科研上取得進展并獲得肯定。除了在應用技術上創(chuàng)新，我國能源制造領域在基礎創(chuàng)新方面也須進一步加強和延伸，國家和行業(yè)呼喚顛覆性創(chuàng)新技術。隨著動力電池向“低碳化、高端化、智能化”方向邁進，為突破“卡脖子”技術，任玉榮及其團隊的使命和任務在肩?！靶兄t知愈進，知之深則行愈達”，唯有手持創(chuàng)新之劍，才能一往無前。

櫛風沐雨，不忘初心。習近平總書記在2021年兩院院士大會、中國科協(xié)第十次全國代表大會上強調(diào)指出，“科技攻關要堅持問題導向，奔著最緊急、最緊迫的問題去”。未來，任玉榮和團隊將依托省發(fā)改委平臺和材料學院的科研優(yōu)勢，繼續(xù)從國家急迫需要和長遠需求出發(fā)，在科教興國、能源興國的戰(zhàn)略道路上貢獻一份力量。