科技人物 | 李强 | 跨学科深耕近十载，助力能源领域实现新突破

从2014年刚加入青岛大学物理科学学院的一个人和一间二十多平方米实验室,到现在的青岛大学物理科学学院磁电化学课题组、30多人的多学科交叉研究团队,新能源科学与工程系主任李强教授近十载深耕在能源与磁学交叉领域,践行“让磁学在能源领域内发扬光大”的初心。

创业虽难,挡不住对科研的“热爱”

刚加入青岛大学时,李强老师就打算将磁学应用到能源领域,当时从事这方面的人不多,“我相信磁学在能源领域内会有着一席之地”,李强老师一头扎进这个领域,一干就是近十年。

刚开始的实验条件很艰苦,实验所需的材料和设备需要花费一定的经费购买,对于大部分初期的科研工作者来说,获得足够的经费支持并不容易,如果经费不足,就可能影响实验的进行和科研的质量。有的实验李老师想办法借用其他老师设备挤出时间来帮忙完成,有些实验需要借助公共测试平台来完成,但往往公共测试平台机时比较紧张,会影响实验的进度。李强老师需要想尽办法,优化实验条件,利用有限的经费,争取高效高质量的完成实验。还有些实验,现有的标准测试设备上不能满足一些新的物理测试,需要有一些定制化的测量方案,因为经费不足,李强老师一方面向学院努力争取经费上的支持,一方面亲自带领同学们动手去改装测试装置,完成测试的同时还能节省很大部分的经费。

李强和他的学生最初所在实验室

李强老师和学生大概六七个学生挤在一个堆满实验设备的二十几多平米大小的房间,他说喜欢和同学们呆在一起,有什么想法可以马上交流,没准就能碰撞出灵感的火花,他总是保持着一颗乐观积极的心态。他一直“热爱”科研,同时也将这份心态传递给每一个学生。“I like magnetism.”提起李强老师,青岛大学的同学们首先想到的便是这句他常挂在嘴边的这句话,“我热爱磁学。当你发自内心地去热爱它时,你会收获到许多”。

当他讨论科研问题时,能从他的眼里看出对科研的“热爱”,正是他的这份热爱,让他和课题组将“磁学”在能源领域内脱颖而出。

另辟蹊径,研发实时原位磁学测试技术

随着储能需求的不断提升,电化学电池的科学瓶颈呈现出从宏观到微纳尺度、从单一维度到多维度、从静态到动态的过渡趋势,其电化学反应界面复杂性和动态变化性超出了传统分析技术的表征范围和精度上限,也超出了单一学科的知识范畴。

李强老师团队敏锐的发现基于多学科交叉,开发各种高灵敏度的新型原位表征技术,联合多个观察分析视角,对于阐明储能机制、优化材料设计与制备工艺至关重要。

说干就干,李强老师马上带领着学生们扑到了原位表征技术开发上来,历时近4年时间,从软件到硬件、从材料到器件、从理论到实验,多方面攻坚克难,终于研发出了全面精准的实时原位磁学测试技术。

李强老师和学生一起探讨原位磁学测量技术

该技术处于国际领先水平,克服了传统电池检测技术中测不全、测不精、测不到、测不真的技术痛点,具有超高灵敏度、多维度、真实无损、普适性高等一系列独特优势,可以实现对电化学过程界面电荷转移、物质转化等的快速高灵敏监测,是研究杂质相和局部电子分布的全新“利器”,能够获取其他传统技术所不能测得的信息。

这一种新的测量方法,也成为了磁电化学领域研究的新“利器”,为理解电化学能源新机制提供自旋新视角,对揭示真实条件下电化学反应机理与电池材料结构动态演变规律发挥了重要作用。

“感谢团队每一位成员的辛苦付出,因为“热爱”,我们坚持了下来”, 这也诠释了李强老师说的“当你发自内心地去热爱它时,你会收获到许多”。

小试牛刀,揭示锂电池额外容量“起源”

2020年8月17日,李强老师团队基于该技术在世界顶尖期刊 Nature Materials(《自然·材料》)发表了“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry(原位磁性测试揭示锂离子电池中额外容量起源)”的突破性研究成果,通过原位磁性监测技术揭示四氧化三铁(Fe3O4)的额外容量主要来源。

该成果解决了困扰储能领域近二十多年的科学难题,首次通过实验证实了空间电荷存储机制,明确了电子存储位置,被Science Daily等国外八十多家权威媒体高度评价:“破解科学疑云:解决了数十年的锂离子电池储能谜团”。这是山东高校在该杂志上发表的第一篇学术论文,也入选了2021年中国百篇最具影响国际学术论文。

“我相信磁学在能源领域内会有着一席之地,我一直希望能够将磁学在能源领域内发扬光大”,作为传统磁学出身的李强老师,把磁学在能源领域内的发展为己任。

随着这篇工作的影响,国内外众多学者意识到原位磁学测量在储能研究方面的重要性,不断发出合作邀请,寻求从磁学的角度来攻破储能研究上的关键难题。同时,李老师也应邀在“双清论坛”、“蔻享学术”、“科研云”等知名科研论坛会议中,积极推动磁学在能源领域内的应用,助力颠覆性能源转换与储存材料的发展。

不忘初心,持续突破“硕果累累”

随着在锂电池储能机制上的突破性成果,李强老师荣获“2020中国十大新锐科技人物”奖项。

虽然获得了一些成就,李强老师带领课题组不忘初心,继续保持着对科研的“热爱”,基于原位磁学测试技术解决了储能上一个又一个难题,先后在Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chemie、Matter、Sci. Bull.、Chinese J. Ctal.、Energy Environ. Sci.、Energy Stor. Mater.、Nano Lett、Chem. Mater.、Chem. Sci. Adv. Sci、Phys. Rev. Appl、Appl. Phys. Lett.上发表了论文,并在《储能科学与技术》、《物理化学学报》、Renewables、Adv. Energy Mater.等期刊中针对储能材料中的磁性表征撰写了综述文章。

李强老师和学生合影

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