——记中国石油大学（华东）新能源学院教授孔德斌

祝传海  申 娜

2021年7月，一位年轻人离开了自己工作4年的地方，踏上了新的征程。从国家纳米科学中心来到中国石油大学（华东）新能源学院，这个年轻人不只是回到了家乡，也回到了科研梦开始的地方。

和中国石油大学（华东）新能源学院孔德斌教授对话，时常会被他谦逊温和的态度和诚恳踏实的话语所吸引，在他身上，不难看出一位年轻科研工作者的风采和追求。

说到孔德斌的追求，他对碳功能材料的态度就是一个很好的缩影。他常常提醒自己，不仅要保持对科学研究的热爱，还要对取得的研究结果进行严谨的论证，更要学会创新，敢于去探索不一样的领域。

近年来，孔德斌一直围绕电化学储能中碳功能材料的科学问题开展研究，尤其针对硅等高容量非碳负极及其致密储能应用深入探索，取得了一系列创新性成果，包括利用碳材料构建“强且韧”的骨架提升微米硅材料的性能，从多角度去研究其在锂离子电池中的应用等。不断开展的创新探索，打开了孔德斌卓尔不群的探索人生。

欣然“牵手”碳材料

“碳材料一直是储能领域中极为重要的材料，运用好碳材料将会对动力电池的发展有至关重要的作用。”孔德斌对碳材料有很高的评价，他认为通过碳材料可以延伸到其他领域，探索更多的可能性。于是，与碳材料欣然“牵手”后，他围绕其在动力电池、电化学储能等领域的应用研究开启了一段虽艰辛却也快乐的旅程。

在孔德斌看来，天津大学是他的科研启蒙殿堂。2007—2016年，他相继在天津大学完成了化学相关专业的本科、硕士及博士的学习，其间，国家纳米科学中心智林杰研究员和碳材料著名学者、天津大学杨全红教授对他影响深远。“两位导师讲课清晰生动，经常会先引起我们的兴趣后再深入去讲解专业知识。”用孔德斌的话来说，就是体会到了“学习和科研是件有趣的事”。这个阶段，良好的教育培养了他的“科研嗅觉”和“科研味觉”，后来孔德斌在导师的引领与指导下，先后参与了多个重点项目研究。

2019年，在中国工程院院士陈立泉、导师杨全红教授、中国科学院物理研究所李泓研究员的带领下，孔德斌参与了中国工程院“工程科技发展战略研究”重大项目“动力电池技术创新及产业发展战略研究”。陈立泉院士是我国首位锂电池材料领域的院士，可以说是中国锂电领域第一个“吃螃蟹”的人，而杨全红教授与李泓研究员又长期从事碳功能纳米材料和新型储能器件的研究，已经取得多项引领性的研究成果。都说“不到长城非好汉”，有了多位前辈的提携，孔德斌离科研长城的顶点越来越近，也越走越稳。

科学是要用于服务的，孔德斌一直坚持这一观点。他目前正在进行的硅碳材料开发项目是在溧阳天目先导电池材料科技有限公司的牵头下，与天目湖先进储能技术研究院有限公司和天津大学强强联手，采用“产、学、研、用”的联合攻关模式。他们将研究重点放在了如何开发用于高能量密度锂离子电池中的高性能纳米硅基负极材料这一关键问题上，就此展开了日复一日的刻苦钻研。他们逐一攻关了单分散纳米硅制备、硅碳复合结构设计、氧化亚硅原子级掺杂、硅基材料表面纳米级均匀包覆等技术难题，最终成功开发出具有高容量、高首效、长循环、低膨胀的商业化硅基负极材料，首次库伦效率和循环保持率等性能均达到了国际一流水平。

“做科研是开心、幸福的。”在项目研究过程中，孔德斌经常会与导师讨论，每次思维碰撞过后，导师的一些观点总能启发他产生新想法，这让他感受到了科研的新鲜感和成就感。据孔德斌介绍，研究生期间，导师总会把学生“拉练”到科研一线，鼓励他们去发现问题，解决问题，不断思考，大胆创新。在这样的反复锻炼中，孔德斌在博士期间获得了2017年碳杂志奖（CarbonJournal Prize）杰出论文奖，这一奖项每年全球范围内只评选4人，这正是他多思多想多创新的结果。而这样的习惯，孔德斌也一直保持到现在。

做既有趣又有用的研究

2016年博士毕业后，孔德斌来到国家纳米科学中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室工作。他坦言，这一阶段不仅是学术水平提升的重要过程，也是从学生到老师身份转变的过程。“来到国家纳米科学中心，我不仅能在学术上获得更好的资源帮助，还能在思想和研究方法上取得更多的感悟。”

孔德斌最大的感悟就是要做既有趣又有用的研究。在这一点上，早在研究生时期，他就深有体会。孔德斌介绍，在传统的石墨烯组装过程中，通常都是对水凝胶进行冻干处理保存原貌，但在一次做石墨烯组装实验时，当时课题组的师姐阴差阳错忘记这一步，而是将水凝胶自然晾干，等意识到这一点时发现石墨烯已经有明显的缩小现象，形成了一个致密多孔的碳材料，也因此发明了毛细收缩的致密化策略。也正是这次意外收获让孔德斌意识到，做科研尤其要对以往不常见、与预期不相符的现象进行重点观察。“要善于发现不同寻常的一面，有时就会得到意想不到的、有趣的结果。” 孔德斌笑谈道。

就这样，期待发现“不同”的孔德斌，研究课题并没有选择新能源领域里常用的纳米硅材料，而是另辟蹊径，致力于开发与其具有同样高质量理论比容量，但却比纳米硅成本更低、振实密度更高的微米硅这一非碳负极材料。

同时为了响应国家“加快能源技术创新，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系”这一重要发展战略，孔德斌希望能将碳材料引入微米硅中，构筑一种“既强且韧”的微米硅碳负极，提高其循环性能，并将这种改造升级后的微米硅材料引入新能源领域。“这也是契合‘2030实现碳达峰、2060实现碳中和’目标的一个重要发展方向。”提起这一设想，孔德斌兴奋不已。

目前，基于这一想法，孔德斌正着手准备开展国家自然科学基金面上项目“面向致密储能的快充微米硅碳负极构建及其电荷传输行为研究”。他表示，当前阻碍微米硅走向实际应用的关键之一，是如何在致密体系下针对更大尺寸的微米硅构建电子、离子传输网络。对此，孔德斌计划要将重点放在实用层面，从基元结构-复合界面-电极输运等多尺度出发，在精确设计碳缓冲结构的基础上，使致密材料和电极能在受限空间内进行电子与离子之间快速输运，从而制备出高倍率高致密的微米硅碳负极。

此前，在智林杰研究员和杨全红教授的带领下，孔德斌在“致密储能”研究领域也有创新成果。他不仅对碳基纳米电缆的结构进行“翻新”，制备出长寿命的微米硅/碳负极材料；还提出既可流动又可变形的硫模板，对非碳活性颗粒（硅等）膨胀空间进行了精准预制，平衡了材料的密度和孔隙，从而实现了超高体积的比容量。此外，他还提出一种“边”与“面”相接触的新模式，大大提高了电荷在短程传输过程中的效率，倍率性能也得到大幅提升。

遇到一个好问题很难，但要解决这个问题更不容易。在之前学术成果的基础上再次致力创新，为推动微米硅走上实用化与产业化不断努力，孔德斌的学术研究也因此走上了“快车道”。

千难万险只为破解硅之谜

想要构建具备高体积能量密度的锂离子电池负极，强韧微米硅/碳材料是不可多得的“宝贝”。围绕这一材料，孔德斌启动了相关项目，并计划开展诸多创新探索。他有一个习惯，时常进行头脑风暴，不断在脑海中进行着有关微米硅负极的基础性问题与应用之间的“遐想”，一旦迸出点想法，便迫不及待地与团队共同探讨。“打造微米硅的应用化道路，破解其中的奥秘”成了他们新的科研目标。

据孔德斌介绍，构建强且韧的微米硅/碳负极是项目研究的终极目标，但以当前情况来看，在致密体系下，电解液有限浸润“液相”和大尺寸硅碳“固相”都会导致电子与离子在快速输运时严重受阻，同时这也正是阻碍微米硅踏上实用化道路的主要瓶颈。

针对这一难点，孔德斌已经想好了对策，由于在充放电过程中，硅碳接触界面之间是动态的，因此孔德斌提出了构建“纳米弹簧”桥连的自适应动态界面，可以实现在其接触界面间构建连续的导电通路；此外他还设想可以通过提前植入固相离子传输通道，实现电子和离子在致密材料和电极受限空间内的快速输运，这样一来就有望解决高致密电极中的离子输运难题；与此同时，孔德斌计划将前几项研究成果进一步推向实用化道路。“通过项目，无论是理论还是技术方面，高容量微米硅负极的基础研究和产业化应用都会有巨大的改变，而且在电动汽车等领域里也会有巨大的实用价值和应用前景。”孔德斌对此很是坚定。

在孔德斌心中，研究微米硅材料，一定不能闭门造车，而是要注重多领域多学科之间的交叉合作，使其最终实现实际应用，他深知这需要科研人员投入更多的主动性，还需要更多关键技术的创新突破。

也因此，孔德斌在培养学生时，都会让他们多思考，形成自己的独立思想后，再去做研究，而不是被其他人左右。在学习中研究、在研究中学习，孔德斌常常先引领学生入门，再培养他们的信心，脚踏实地地做好研究本身。他提到，做科研，踏实严谨的态度、大胆求问的精神、善于创新的思维缺一不可，这样才能心无旁骛，做纯粹的科研。

2021年7月，孔德斌离开国家纳米科学中心，到中国石油大学（华东）新能源学院任特任教授，并获得中国石油大学（华东）“光华学者”的荣誉。在新征程的路上，孔德斌知道科研之路不乏困难，前方还有许多尚未解决的难题，但他不会放弃，哪怕花上数年、数十年，他都会为此努力，一往无前。

（责编：张闻）

专家简介

孔德斌，1989年6月生，中国石油大学（华东）新能源学院特任教授，博士生导师，中国石油大学（华东）“光华学者”。主要研究方向是碳基纳米材料的可控制备及其在先进储能电池中的应用。主持国家自然科学基金项目2项、北京市自然科学基金项目1项。发表学术论文40余篇，他人正面引用2000余次，6篇论文曾入选基本科学指标数据库（ESI）高被引论文。