寻找科学探索的乐趣（科技自立自强·青年科学家）

本文转自：人民日报

深耕新型电池技术，上海交通大学溥渊未来技术学院副教授薄首行——

寻找科学探索的乐趣（科技自立自强·青年科学家）

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带领团队攻关关键技术、培养学生自主科研能力，是上海交通大学溥渊未来技术学院长聘教轨副教授薄首行最重视的两件事。10多年来，他在新型电池技术领域孜孜不倦，致力于开发出能量更高、成本更低、更安全的固态电池。坚定科学志向，注重交叉融合，他和团队取得了一系列科研成果。

“电池里的液态电解质好比一条小溪，里面的很多材料颗粒就像这条小溪里的石头，锂离子畅快地游走在小溪里，如果把溪水换成板砖，锂离子照样跑得快，还能解决液态电解质易燃易爆的问题。我们要做的就是寻找‘替代溪水的板砖’或那些在‘板砖’间也能通行无阻的离子。”上海交通大学溥渊未来技术学院长聘教轨副教授薄首行这样科普自己的研究工作。10多年来，他在新型电池技术领域孜孜不倦地追逐目标——开发出能量更高、成本更低、更安全的固态电池。

2017年，薄首行和合作团队发现了当时最快的镁离子固态导体。2022年，薄首行团队实现固态电池三维应力成像，为厘清固态电池电化学—力学耦合机制提供了强大的工具。带领团队攻关关键技术、培养学生自主科研能力，是薄首行最重视的两件事。“希望我们的团队为发展新型电池技术做出贡献。”36岁的薄首行说。

哪怕失败一百次，还有勇气再战第一百零一次

“自信是培养出来的，在挫折中站起来，爬出低谷、向上攀登，才会更加自信。”这份感悟，与薄首行的求学科研之路如影随形。

2006年，就读于复旦大学化学系二年级的薄首行主动申请进入夏永姚教授的课题组研究锂离子电池。“锂电池从上世纪90年代才开始商业化，当时国内锂电池研究不像现在这么热门，而我对锂电池材料感兴趣。”从电池材料的合成、极片制作、电池组装到电池的测试，薄首行沉浸在电池的世界。“在夏老师的课题组，我获得了充分的科研训练和知识积累，研究也越做越有兴趣。”当了解到国内生产的锂离子电池很多部件仍要依赖进口，薄首行迫切想掌握世界上最先进的技术，做自主研发的锂离子电池。

2009年，薄首行到美国纽约州立大学石溪分校攻读博士学位。初到美国，他听不懂课题组的组会，但科研的兴趣和志向一直坚定，“哪怕失败一百次，还有勇气再战第一百零一次”。

攻读博士学位期间，他学会了如何刨根问底、反复推敲科学细节，一步步发掘和完善科研的数据链、逻辑链，“很多自认为已经很完整的工作，还要抓住细节不停地追问，这些经历提升了我对科学的理解。”

科学探索的乐趣就藏在这些看似希望渺茫、别人鲜少涉足的领域

2014年，薄首行来到麻省理工学院材料科学与工程系担任博士后研究员。他没想到自己即将进入热门科研领域里的“冷清角落”，在导师的鼓励下，开始探索为全固态镁电池设计合成固体电解质。

早在1831—1834年，科学家法拉第就发现硫化银的离子在固态电解质中“跑得较快”，硫化银和氟化铅可作为电池的固态电解质，为固态电池应用奠定了基础。但近200年过去了，研究离子在固态电解质中如何运动的固态离子学仍是很小的学科分支，因为晦涩深奥、难出成果，全世界的研究者寥寥。

“只有把运行的原理和机制搞清楚，才有可能找到解决办法。科学探索的乐趣就藏在这些看似希望渺茫、别人鲜少涉足的领域。”薄首行说。

2017年，薄首行加入上海交通大学密西根学院。“国内的新能源技术发展迅速，科研力量和研发经费投入都在快速增长。”他庆幸自己赶上了国家科技自立自强的发展浪潮，青年科学家有了广阔的舞台。薄首行说，来自上海市和上海交通大学的支持非常全面，不仅给足了科研启动经费、保证了博士生名额，还解决了子女就学等后顾之忧，“上海市、学校、学院都没给过我任何出成果的压力，而是让我放心大胆地去探索。”

固态电池拥有高安全性、高能量密度的优点，因此受到学界、产业界的青睐，但因诸多技术挑战难以实现大规模应用，比如锂电池在充电过程中锂离子会“还原”形成树枝状的金属锂，然而，这些锂金属枝晶在固态电解质内部生长，会导致电池迅速短路。学界已经发现锂金属枝晶的生长与固态电池内部应力变化有关，但具体是如何相互作用的，尚不知晓。

薄首行迎难而上，他从2018年起探求电池成像诊断技术。只用光或声都无法达到固态电池内部的清晰成像，能否把光和声结合起来，利用医用光声成像一探究竟呢？他找到了密西根学院研究医学成像的陈松良老师，共同搭建电池成像诊断实验。

学科交叉融合为这项研究开辟了新思路，经过近3年的不懈努力，他们终于成功测量了电池制备及充放电前后固态电解质内部的微观应力演化过程，并基于大量的三维应力成像实验数据，提出了电化学—力学耦合模型。

最想听到学生说“老师，你说的不对”

2021年8月，上海交大溥渊未来技术学院成立，是全国首批12所未来技术学院之一、也是目前上海市唯一的未来技术学院，薄首行担任学院固态电池研究中心执行主任。学院瞄准未来10—15年的技术发展，做前瞻性布局，本博一贯制培养模式、交叉融合的课程设计，为培养创新型领军人才打开通道。

薄首行课题组的学生在学院是出了名的勤奋，学生们说，勤奋不是来自薄老师“施压”，而是在薄老师的影响下，他们燃起的科研热情。

博士生李坪说，是薄老师不断的鼓励帮助她克服了科研初始的畏难心理。刚进组时，她在组会上用英文作报告经常卡壳，但薄老师耐心倾听，提点补充，尤其在问答环节要求学生们不断提问。“提问和表达是科研的基本功，你可能做了100分的科研，但因为不懂表达，‘说’成了60分。”

博士生周静颖说，从一进组，薄老师就在培养他们的质疑精神。每次她和薄老师说“这个观点是师姐师兄告诉我的，文献里也是这么说的”，薄老师都会让她打破“迷信”，自己去看文献、找选题。薄首行希望培养的是既有独立自主的科研能力，也有自信可以平视世界一流大学的学生。而他最想听到学生说：“老师，你说的不对”，敢于挑战权威，才有可能突出重围。

有一次，周静颖的一项实验需要新样品，但新样品价格昂贵，且必须从海外购置、历时半年以上才能拿到，她担心大费周章后实验结果不如预期。薄首行听说后二话不说，拿出经费支持购置新样品，唯一的要求是她必须参与整个测试过程，学会自己动手操作。

消除学生对老师的依赖惯性，引导学生大胆尝鲜、独立思考、自由探索，薄首行践行着自己的育人理念。“薄老师经常对我们说，做科研既不能远视也不能近视，不要总盯着学界‘大牛’在做什么，我就跟着做，同时，眼界要拓展到自己的课题之外，注重学科的交叉融合，和其他学科实验室探讨，找到合作的路径。”博士生郜一蓉即将毕业，她表达了自己的不舍，“从薄老师课题组走出来的科研人员，可以很自豪地说每项工作都是我们的亮点。”