以“材料”為矛 為新能源而戰(zhàn)
——記四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院副教授劉文博

本刊記者 陳 浩

能源危機(jī)、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)是當(dāng)今世界面臨的三大難題，更是我國(guó)日益突顯和亟需解決的主要矛盾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2020年我國(guó)燃油汽車消耗能源將占到石油總量的50%以上，石油對(duì)外依存度將超過(guò)60%。聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署發(fā)布的《中國(guó)人類發(fā)展報(bào)告》指出，目前全球20個(gè)空氣污染最為嚴(yán)重的城市中，中國(guó)占16個(gè)。毋庸置疑，汽車在消耗有限能源的同時(shí)更危害人類健康。在此背景下，發(fā)展低能耗、無(wú)污染、高安全的綠色新能源電動(dòng)汽車將成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前世界各國(guó)都在不斷加大對(duì)電動(dòng)汽車的投入力度。

而電動(dòng)汽車的發(fā)展，離不開持久耐用的蓄電池作為動(dòng)力。據(jù)《2013—2017年中國(guó)鋰電池行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)新能源汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域的成品鋰電池組市場(chǎng)規(guī)模為35億元，比2011年增長(zhǎng)34.6%，其中新能源汽車的應(yīng)用占比達(dá)57%?？梢姡陙?lái)鋰電池正逐步成為新能源汽車發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>

2010年，劉文博團(tuán)隊(duì)在加拿大召開的國(guó)際電化學(xué)會(huì)議上首次公布了將納米多孔金屬材料應(yīng)用于鋰電池的可喜成果，開創(chuàng)了納米多孔金屬的一個(gè)全新應(yīng)用領(lǐng)域。多年來(lái)，他一直從事納米多孔金屬材料的非傳統(tǒng)制備方法、納米結(jié)構(gòu)精確調(diào)控、重要影響因素、電化學(xué)加工技術(shù)、孔結(jié)構(gòu)成形原理及其在鋰電池中的創(chuàng)新應(yīng)用研究，并取得了一系列突出成果。在采訪中，劉文博說(shuō)：“希望通過(guò)我們這代人的不懈努力，能夠?yàn)樽訉O后代營(yíng)造一個(gè)更良好的生存環(huán)境，這是我們不可推卸的責(zé)任?！?/p>

結(jié)緣材料科學(xué)，創(chuàng)多項(xiàng)突出成果

新材料在諸多領(lǐng)域都具有廣闊應(yīng)用前景，特別是工業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)，納米多孔金屬材料因其獨(dú)特而優(yōu)異的理化性質(zhì)被視為“21世紀(jì)最有前途的新材料之一”。對(duì)材料工作者而言，納米多孔金屬材料的制備科學(xué)是面向應(yīng)用首要研究和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。“應(yīng)該注意到，多孔金屬材料的特征尺寸如要降到納米尺度，采用過(guò)去傳統(tǒng)的技術(shù)手段和方法是很難實(shí)現(xiàn)的。”身為一名材料人，劉文博坦言。

當(dāng)談到與納米材料學(xué)結(jié)緣以及當(dāng)前的研究時(shí)，劉文博說(shuō)這主要受益于博士期間，得到四川大學(xué)和北京航空航天大學(xué)的聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)會(huì)，從那時(shí)起他就開始系統(tǒng)從事納米多孔金屬材料和鋰電池的相關(guān)研究工作。經(jīng)過(guò)多年的潛心鉆研和創(chuàng)新研究，劉文博在該領(lǐng)域取得了一系列首創(chuàng)性突出成果：發(fā)展出多種均一和特殊結(jié)構(gòu)納米多孔金屬材料的化學(xué)/電化學(xué)制備方法，首次提出了一種納米多孔Cu/AlCu復(fù)合材料的形成機(jī)制，認(rèn)識(shí)了均相和多相體系中多孔產(chǎn)物形成的腐蝕與鈍化行為，首次揭示了相構(gòu)成與比例對(duì)多孔結(jié)構(gòu)形成的決定性影響，闡明了孔結(jié)構(gòu)演化過(guò)程與形成機(jī)理，并將其首次應(yīng)用于鋰離子電池，改善了高理論容量活性材料的電化學(xué)性能，開創(chuàng)了納米多孔金屬的一個(gè)全新應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)成果得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，多次被本學(xué)科頂級(jí)刊物正面評(píng)價(jià)和引用。

2011年，劉文博發(fā)表在冶金工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊Corros.Sci.上的研究論文首次揭示出相構(gòu)成與比例是多相體系中多孔結(jié)構(gòu)形成的決定性因素，得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，被國(guó)際著名出版集團(tuán)Elsevier統(tǒng)計(jì)為2013年度該領(lǐng)域下載量最高的研究工作并在Corros.Sci.官網(wǎng)主頁(yè)亮點(diǎn)報(bào)道。

2012年，他發(fā)表在Corros.Sci.上的研究工作通過(guò)對(duì)去合金化過(guò)程中的腐蝕和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)進(jìn)行協(xié)同調(diào)控，首次發(fā)展出一種納米多孔化合物以及不同結(jié)構(gòu)納米多孔金屬材料的連續(xù)制備方法，揭示了去合金化不同階段的動(dòng)力學(xué)控制因素，建立了相應(yīng)孔結(jié)構(gòu)演化模型，得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

2013年，劉文博及團(tuán)隊(duì)成員在Corros.Sci.上再次發(fā)表重要研究工作，通過(guò)對(duì)典型納米多孔金屬材料在乙酸溶液中的多孔演化動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行系統(tǒng)研究，首次揭示出均相前驅(qū)體合金在有機(jī)弱酸性腐蝕體系中多孔產(chǎn)物的形成規(guī)律。

2015年，劉文博發(fā)表在Corros.Sci.上的研究工作首次揭示出分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米多孔金屬材料的制備過(guò)程、顯微結(jié)構(gòu)與多孔屬性對(duì)不同腐蝕體系的依賴關(guān)系與作用機(jī)制；同年，其關(guān)于納米多孔金屬可控制備及在先進(jìn)器件中創(chuàng)新應(yīng)用的研究成果榮獲香港學(xué)者協(xié)會(huì)頒發(fā)的香江學(xué)者獎(jiǎng)（海外學(xué)術(shù)獎(jiǎng)）。

2017年，劉文博作為第一完成人關(guān)于自成形納米多孔銅的設(shè)計(jì)、可控制備及在鋰電池中應(yīng)用基礎(chǔ)研究的系列成果榮獲成都市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。這一項(xiàng)項(xiàng)突出成績(jī)的積累，也讓劉文博在2017年年末成功入選四川省“千人計(jì)劃”。

加速科技成果轉(zhuǎn)化，助力我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)

《2018—2022年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)深度分析及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，2017年，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量均接近80萬(wàn)輛，分別達(dá)到79.4萬(wàn)輛和77.7萬(wàn)輛，分別同比增長(zhǎng)53.8%和53.3%，產(chǎn)銷量同比增速分別提高了2.1和0.3個(gè)百分點(diǎn)。2017年新能源汽車市場(chǎng)占比2.7%，比2016年提高了0.9個(gè)百分點(diǎn)。

自2016年以來(lái)，國(guó)家工業(yè)與信息化部制定和頒布多項(xiàng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，旨在引導(dǎo)和推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)良性、健康、穩(wěn)定發(fā)展。國(guó)家“十三五”規(guī)劃明確提出，到2020年全國(guó)電動(dòng)汽車生產(chǎn)能力要達(dá)到200萬(wàn)輛，累計(jì)產(chǎn)銷量將超過(guò)500萬(wàn)輛。劉文博介紹說(shuō)，近年來(lái)歐洲多國(guó)相繼頒布燃油車禁行禁售法令，將新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為車企轉(zhuǎn)型的主要方向。我國(guó)工信部目前也啟動(dòng)了相關(guān)研究，將制訂我國(guó)停止生產(chǎn)和銷售傳統(tǒng)能源汽車的時(shí)間表。這恰為新能源汽車提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，新能源汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)有望迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)點(diǎn)。

劉文博看到了機(jī)遇，同時(shí)也積極迎接挑戰(zhàn)?？蒲兄?，他十分重視產(chǎn)學(xué)研合作和科技成果轉(zhuǎn)化，積極與四川省內(nèi)多家鋰電池材料生產(chǎn)企業(yè)開展深入技術(shù)合作和產(chǎn)品聯(lián)合開發(fā)，助力企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近期，其科研成果在省內(nèi)合作企業(yè)剛剛完成5kg小試生產(chǎn)，獲得一致好評(píng)。劉文博介紹說(shuō)，下一步我們準(zhǔn)備開展中試放大研究，目標(biāo)是在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為四川省下游鋰電池生產(chǎn)企業(yè)提供一種性價(jià)比高、質(zhì)量穩(wěn)定的新型高性能負(fù)極材料，同時(shí)提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

“事實(shí)上，我們目前不僅在能源領(lǐng)域開展研究，同時(shí)還有環(huán)保領(lǐng)域。針對(duì)近年來(lái)大宗工業(yè)固廢/液廢排放逐年增加以及環(huán)境污染問(wèn)題，我們也在做一些積極、有益的嘗試和探索，比如開發(fā)用于降解有機(jī)染料的低成本、超高效可見光催化劑及其宏量制備方法等，這也是未來(lái)極具發(fā)展前景的一個(gè)研究方向?！眲⑽牟┻€補(bǔ)充道，“科學(xué)研究應(yīng)緊跟國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，科技成果最終應(yīng)服務(wù)于社會(huì)，這是我們科研工作者義不容辭的責(zé)任與使命?！?/p>

當(dāng)記者問(wèn)到在科研過(guò)程中是否遇到過(guò)困難時(shí)，劉文博坦言：“其實(shí)科研工作中的難題非常多，而且工作壓力也比較大，但這對(duì)于我們科研工作者來(lái)說(shuō)已成為一種家常便飯?！睆?008年攻讀博士至今，10年時(shí)間里，不斷遇到困難和解決困難對(duì)劉文博來(lái)說(shuō)是一種“科研常態(tài)”?！跋嘈呸k法總比困難多，這也是一直以來(lái)支持我奮力前行的人生信念?！狈e極看待困難，把和困難作斗爭(zhēng)看成是一種博弈的樂(lè)趣，劉文博在困難面前永遠(yuǎn)都是一種越戰(zhàn)越勇的狀態(tài)。

在高校工作，一邊做科研，一邊還要開展教學(xué)，劉文博每天工作時(shí)間常在12小時(shí)以上，他懇切地說(shuō)：“心中最為感謝家人對(duì)我工作的理解與支持?！?/p>