创新原位表征技术 引领储能器件未来

  在全球能源转型浪潮下，一位科学家在原子尺度上探寻着电化学储能的未来密码，他的研究许将改变我们获取与储存能源的方式，他就是在大湾区大学物质科学学院，助理教授赵康宁。太阳能电池集成大规模储能技术是支撑新能源为主的新型电力系统发展的前提，也是国家未来智能电网和能源战略布局的重中之重，实现这一目标，极大依赖于高性能的电化学器件。而他围绕原位器件设计与界面表征展开的研究，研发的高时空分辨率原位表征技术，为这个“黑箱”装上“”，在原位器件设计与界面调控领域闯出一片新天地，为新能源技术的发展开辟了新的可能。

  赵康宁的科研之路，始于对材料科学的纯粹热爱。2008年，他踏入武汉理工大学材料科学专业的课堂，从此与能源材料结下不解之缘。大学四年，他扎进实验室的时间远超同龄人，从基础的材料合成到性能测试，每一个实验步骤都力求精准，为他日后的科研生涯奠定了坚实基础。

  2012年，赵康宁保送武汉理工大学攻读博士学位，师从麦立强教授与周亮教授，聚焦锂离子电池负极材料及SEI膜生长机制这一储能领域核心难题。SEI膜作为电池“保护衣”，其动态形成过程无法通过传统非原位表征技术捕捉，导致研究陷入“知其然不知其所以然”的困境，这让他萌生探索原位表征技术的念头。

  2016年，作为联合培养博士，赵康宁远赴美国威斯康辛大学麦迪逊分校，加入王旭东教授课题组主攻原位电镜表征技术。首次接触原子级分辨率原位观测设备的他，被电极材料充放电过程中的结构变化深深震撼。两年间，他白天扎根实验室调试设备、记录数据，夜晚查阅文献、分析机理，不仅熟练掌握原位电镜核心技术，更形成“从表征发现问题，用设计处理问题”的科研思路，为锂离子电池研究与原位表征技术的深层次地融合奠定基础。

  2019年博士毕业后，赵康宁以助理研究员身份加入上海大学可持续能源研究院，将研究方向拓展至水系锌离子电池领域。水系电池虽安全性更高，但电极腐蚀问题长期制约发展，他将原位表征技术应用于水系体系，初步探索出离子调控解决方案，为后续离子选择性膜设计提供了关键实践支撑。

  2020年，赵康宁赴瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)开展博士后研究，借助EPFL在钙钛矿太阳能电池领域的深厚积累，他逐步扩大研究版图。针对钙钛矿电池转化效率高、成本低但稳定性差的“卡脖子”难题，他将原位表征技术引入光伏领域，通过实时观测电池在工况下的钙钛矿界面劣化过程，为解决热诱导分解和光致相分离问题找到新突破口。四年间，他深耕储能与光伏两大跨学科领域，持续拓宽原位表征技术应用边界，逐步形成独特的跨学科研究优势。

  2024年3月，怀揣着将技术落地应用的初心，赵康宁加入大湾区大学，组建独立课题组。这片充满创新活力的热土，为他提供了将多年学术积累转化为实际成果的广阔平台。从此，他开启了科研的新征程，在电化学储能与原位表征领域厚积薄发。

  电化学研究的核心在界面，而界面研究的关键在原位。多年来，他始终围绕“原位器件设计与界面表征”这一核心，在三大领域取得一系列原创性成果，为新能源器件的性能提升与商业化应用提供了重要支撑。

  在新型电化学储能器件领域，赵康宁从载流子设计、界面调控等基础问题入手，提出多项突破性方案。他首次提出基于H1.75MoO3的氢离子堆叠电池器件，通过原位红外技术观测发现，电化学活化后的H1.75MoO3纳米带中，质子传输遵循格罗特斯机制(Grotthuss Mechanism)，这种无需扩散过程的快速传输模式，彻底改变了传统储能器件的传质逻辑。就像人们在人群中传递接力棒，而不是独自奔跑，质子的传递效率因此大幅度的提高。该成果为大规模长时储能提供了新的技术路径，契合国家能源局提出的“强化长时储能技术创新”战略需求。

  针对金属负极腐蚀这一行业痛点，他率先提出离子选择性膜概念，利用空间位阻效应与电子效应的协同作用，实现离子与溶剂的选择性调控。“就像给金属负极装上智能门禁，只允许有益离子通过，阻止溶剂和有害阴离子接触电极表面。”这种设计成功实现了无腐蚀型金属负极的制备，为商业化金属离子电池软包电池的开发提供了示范。目前，他主持的国家自然科学基金项目“锰基锌离子电池正极材料的结构调控及储锌机制原位研究”，正基于这一思路深入探索，有望逐步提升水系电池的循环寿命与能量密度。

  在钙钛矿太阳能电池领域，赵康宁创造性地提出A位阳离子原位化学修饰策略。针对钙钛矿电池在工况下易降解的问题，他通过添加特殊前驱体添加剂，使其在电池制备过程中与钙钛矿发生原位反应，精准掺杂到材料表面晶格中。利用自主开发的原位表征技术，他实时观测到该策略能有效抑制热诱导分解和光致相分离，从根本上延缓器件性能衰退。该成果与国内学者提出的“光机械诱导分解效应”研究形成互补，为解决钙钛矿电池的稳定性难题提供了全新思路，对推动光伏技术的产业化应用具备极其重大意义。

  这些年来，赵康宁在原位表征技术上持续深耕，持国家自然科学基金青年项目，作为骨干成员参加国家自然科学基金、科技部重点研发计划、欧洲研究委员会启动经费等多项重要项目，取得的创新成果颇丰。他开发的高时间分辨率原位电化学红外技术，将表征分辨率提升至毫秒级别，首次在无机物中揭示了格罗特斯机制，明确了界面竞争反应是器件劣化的本质因素;他研发的高空间分辨率原位电化学透射电镜技术，更是实现了原子级别的实时观测，发现了电压-热协同诱导氧空位迁移的表面降解新机制，为电极材料的结构优化提供了直接的微观证据。

  截至目前，赵康宁已发表SCI论文100余篇，总被引次数超过10000次，多篇文章入选ESI前1%高被引论文;获授权国家发明专利8项。他的研究成果因具备极其重大的理论价值与应用前景，多次入选权威，他也连续四年跻身美国斯坦福大学和爱思唯尔数据库“年度全球前2%顶级科学家榜单”，2024年更是入选科睿唯安“全球高被引科学家”名单，学术影响力辐射全球。

  “科研不能只停留在论文里，要能解决实际问题。”这是赵康宁从求学时期就树立的理念，也是他选择扎根大湾区的重要原因。作为我国新能源产业的核心集聚区，大湾区拥有完整的新能源产业链，从材料研发到器件制造，从储能系统到光伏电站，为科研成果的转化提供了得天独厚的条件。

  道阻且长，行则将至。在赵康宁看来，电化学储能领域的研究就像一场没有终点的长征，随着全球对清洁能源需求的日益迫切，他的研究显得更为重要，不仅推动着电化学基础理论的发展，更为下一代储能技术的创新提供了关键支撑。

  在绿色能源的革命浪潮中，在“双碳”战略的指引下，在大湾区的创新沃土上，赵康宁，这位青年学者正默默积蓄能量，在微观世界里探寻着能源的未来，终将释放出推动时代前进的磅礴动力。(文/王超)

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