唐永炳：让电池再轻点，再持久点

中国科学院深圳先进技术研究所功能薄膜材料研究中心分析小组唐永冰的实验数据。由丁宁宁拍摄

"如果电少于80%，我就不敢出去."随着大屏幕智能手机的普及，许多人患上了这种“电池焦虑症”。因此，近年来，充电宝日益成为手机的最佳合作伙伴。然而，一些人正试图改变智能手机依赖充电宝的局面。

最近，中国科学院深圳先进技术研究所功能薄膜材料研究中心的唐永兵研究员和他的团队成功开发了一种新型高性能、低成本的钾双离子电池技术。该研究结果最近发表在著名的国际期刊《高级材料》上。

一年来发表了许多突破性的研究成果

在这些成就的背后，唐永兵和他的团队成员每天工作14小时，并把一年看作是两年内才有的突破。

“这一次，我们发现了钾离子电池技术，这是团队在2016年3月首次发现双离子电池技术后，围绕该技术的性能进行优化和持续前瞻性布局的结果。”看起来很有能力的唐永冰向《科技日报》记者解释道。

就在一年前，该团队发现了一项重要的科研成果“一种新型高能量密度铝石墨双离子电池”。该成果已成为2016年能源材料领域著名期刊《先进能源材料》的最受关注论文，并被新材料领域专业媒体评选为“2016年电池领域十大黑色技术”之一。

在过去的一年里，团队的成就有哪些新的突破？为什么它吸引了这么多的注意力？自从新的铝石墨双离子电池技术被发现以来，唐永冰指导团队从三个方面与时间赛跑。在新型双离子电池技术方面，他们克服了在充放电过程中改善铝箔阴极体积变化的困难。在过去的一年里，“碳包覆多孔铝箔阴极材料”和“高性能空心界面微结构新型铝阴极材料”得到了发展。通过铝箔阴极的结构设计和界面调节，有效解决了廉价金属阴极材料在充放电过程中体积膨胀和循环性能差的问题，为产业化奠定了非常坚实的基础。

同时，从工业应用的角度来看，该团队在不改变现有锂电池正极材料的情况下，开发了“一种新型高效低成本的锂电池技术，采用通用铝箔阴极/集流体一体化设计”。它不仅能有效降低电池的自重和体积，显著提高质量和体积能量密度，还能大大降低生产制造成本，同时具有广泛的通用性。

另一种方式是继续在适用的基础研究领域进行前瞻性规划。他们将活性材料/集流体一体化设计的理念与双离子电池的优势相结合，并将这一设计理念引入其他碱金属离子系统，分别开发出“基于廉价钠离子电解质的新型高效双离子电池技术”和“新型高效低成本钾离子电池技术”，使得基于低成本碱金属离子的二次电池系统受到广泛关注。这些研究成果已被列入国际著名期刊《先进材料》和《先进能源材料》。在这些成就的背后，唐永兵和他的团队成员每天工作14小时，并把一年看作是两年内才有的突破。

“科学研究没有尽头。如果你没有进步，你会回去的。我们有了早期的基础。如果我们不着眼未来，加快布局，机会可能会稍纵即逝。”唐永兵告诉记者。他们已经申请了发明专利和一些工业销售技术的国际专利。

这一系列新技术是如何突破地面的？有工业应用的前景吗？

这项新技术很吸引人，但它也需要两条腿走路。

在确认结果的可重复性后，他立即召集了一个团队，在着手工业化的同时，在基础研究方面取得技术突破...

36岁的唐永冰在发现新的电池技术之前，已经在这个领域积累了近十年的经验。

2007年，他在中国科学院沈阳金属研究所获得博士学位。他在导师程慧明院士的推荐下，以优异的成绩进入香港城市大学李树堂院士的实验室，历时六年。

2013年8月，一家*科研机构在深圳成立，深圳与香港之间隔着一条河。它不仅能从事科学研究，还能高度促进工业应用和指导研究生。他决定离开香港，来到基础和工业环境都比较好的中国科学院深圳高级研究所。

"我希望能为深圳的行业做出有价值的科研成果."

唐永兵来到深圳后，被高级研究院重用，并被聘为功能薄膜材料研究中心主任。

加入团队后，唐永冰瞄准了新型储能材料和装置。他放弃了最初设计锂离子电池的想法，开始尝试改变电池的结构和反应机制。他创造性地构建了铝-石墨双离子电池，即使用廉价易得的石墨代替钴酸锂、锰酸锂、三元或磷酸铁锂作为电池的正极材料，这些材料已批量应用于锂离子电池。铝箔直接用作电池的负极材料和负极集流体，从而省略了传统上涂覆在集流体上的负极材料；电解液采用常规锂盐和碳酸盐有机溶剂。

2014年底，他的学生向他报告了最新的实验数据，发现这种新型铝石墨电池不仅能可逆地充放电，而且具有高工作电压和高容量，显示出典型二次电池的特点。这位喜欢思考和思考的普通科学研究者几乎不能相信。唐永兵的第一个想法是实验结果的可重复性。

经过反复实验和对反应机理的研究，发现新电池结构具有全新的双离子电池工作机理，不仅显著提高了电池的工作电压(高达4.6V)，而且大大降低了电池的质量、体积和制造成本，从而全面提高了整个电池的能量密度。在确认结果的可重复性后，他立即召集了一个团队，在着手工业化的同时，在基础研究方面取得技术突破。

随着双离子电池技术的出现，国内外产业和资本向唐永冰伸出了橄榄枝。唐永兵知道这项成果的潜在应用价值。他决定与深圳高级研究所的全资子公司和拥有工业资源的投资公司成立一家合资公司，共同开发基于铝箔阴极的新型高效低成本储能电池项目。

这样，这一成果不仅在一年中在基础研究方面取得了许多突破和布局。与此同时，他们迅速走出实验室，迅速走向工业化。

陶力育人，倡导团队“伙伴”机制

唐永兵的团队有着相同的团队价值观:倡导集体奋斗、相互合作、按贡献分配的理念，这是他眼中团队伙伴机制的核心。

"我们把新时代的科研精神理解为团队合作机制."唐永兵笑着说道。

唐永兵有一支30多人的队伍，其中一半是研究生。他们有着共同的团队价值观:倡导集体奋斗、相互合作、按贡献分配的理念，这是他眼中团队伙伴机制的核心。

他将使做出重大贡献的研究生成为第一作者。经过与中心其他同事的仔细考虑和讨论，团队确定了共同工作的三个原则(共同的第一作者):第一，谁首先提出了最初的想法，以及在提出之后能够真正实施的东西可以是共同的工作；其次，那些贡献超过三分之一的主要实验数据和图片的人可以一起做同样的工作。第三，论文的实际作者，以及论文的修改后的所有权是70%以上，可以做普通的工作。

回顾过去一年的科研成果，张小龙、、童雪峰、季必发、盛、秦、王蒙、李娜等团队成员都是成果的分享者。他们有些是唐永冰的学生，有些是唐永冰的同事。

在过去的几年里，团队学生的科研水平和就业情况都非常突出。同样的想法也反映在工业化团队中。这一理念符合新时期科研成果转化的逻辑，鼓励团队在科研与产业化的融合中前进、快速成长。

让电池更薄更轻，有更强的耐久性，充电时间以分钟计算，所用材料更环保。更重要的是，要有工业可行性——这是这位从事新能源材料和装置研发和应用多年的年轻科研人员的梦想。

唐永兵表示，该团队已经开始试制生产线的研发，装修工作正在稳步推进。"试验生产线的准备工作正在进行中，包括材料筛选和可行性论证."