帶領團隊探索電池新體系，北京理工大學教授黃佳琦——緊跟國家需求做科研（科技視點·科技自立自強 青年奮勇擔當②）

黃佳琦課題組實驗室一角，架子上為正在測試的電池樣品。

丁小青攝

人物簡介：

黃佳琦，1984年出生，2003年至2012年在清華大學化學工程系學習，獲得工學學士及博士學位，2016年8月，以預聘副教授加入北京理工大學“人才特區”前沿交叉科學研究院，2019年晉升為長聘教授，主要開展高比能電池能源化學研究。

前不久，黃佳琦摘得第十七屆中國青年科技獎特別獎。該獎項兩年頒佈一次，特別獎只授予10人。

隨着動力鋰電池產業快速發展，目前商用鋰離子電池能量密度已經接近理論極限。為了在未來產業競爭中贏得先機，國際科學家正尋找有價值的下一代電池新體系。得益於一批科研人員的努力，在這條新賽道上，無論在基礎研究還是應用探索上，我國都走在世界前列。黃佳琦就是其中的佼佼者。

破解鋰硫電池應用關鍵瓶頸，開展高質量的原創工作

做高比能電池，黃佳琦説自己恰逢其時。讀博士時，他研究碳納米材料，還開發了超長碳納米管制備的新方法，科研成績不俗。2011年，博士階段的最後一年，他萌生了一個強烈的念頭：將研究成果嚮應用推進一步。

那時，學術界希望尋找到能量密度更高、成本更低、使用壽命更長的新體系電池，鋰硫電池被認為是新體系電池重要發展方向之一。

黃佳琦向記者解釋他最初的計劃：“硫絕緣，電極的導電性就差，從電極材料基本性質入手，我想借助碳納米管優異的導電性，打通鋰硫電池應用的一個堵點。”

鋰硫電池走向實用，兩個關鍵瓶頸擺在科研人員面前：正極動力學緩慢，怎麼解決？負極界面不穩定，如何應對？破題，必須搞清楚鋰硫電池的反應原理，從根子上着手。

“就像只有熟悉了樹幹，才能瞭解一棵樹的全貌。處理導電性等問題，不過是在樹枝上糾纏。”帶着探索“樹幹”的想法，黃佳琦決定“追本溯源”——開展鋰硫電池能源化學基礎研究。

挑戰接踵而至，由於是全新的電池體系，國際上還缺乏完整的研究範式，從設計實驗方法、測試方案再到分析數據，一切都從零起步。

一頭扎進去近10年後，黃佳琦一步步接近答案：2016年，從無到有，提出了催化劑加速鋰硫電池反應動力學新原理；2019年，從有到優，又提出鋰硫電池催化劑設計新方法。之後，進一步揭示了鋰硫電池金屬鋰負極固液界面不穩定的機制。

“科研、科研、科研。”這個詞，黃佳琦重複了三次。他説，自己的生活很簡單，成天“泡”在實驗室，不過時刻有科研新想法，日子過得充實又高興，並不覺得累。

憑藉一系列出色研究，黃佳琦團隊獲得國際同行廣泛關注，相關論文成為所在領域的重要文獻。30多歲，黃佳琦已躋身國際鋰電池研究領域知名學者之列。

今年8月，黃佳琦的工作——“鋰硫電池電催化原理與方法”獲得中國顆粒學會自然科學一等獎。“學界的肯定是該項工作階段性總結”，他説，雖然還有很多工作要做，但“自己準備闖入新的無人區”，開展高質量的原創工作。

既當專家又當“工匠”，國家需求是團隊快速成長的關鍵

黃佳琦説的新的“無人區”，其中一個是完成鋰硫電池應用驗證。

化學工程的研究，講究“以大為美”，這錘鍊了黃佳琦對科研的“審美”：“如果往實用方向上推進一步，工作便更完美。”

做出小電池樣品和設計出商用大電池，雖然合成路徑相似，但實用化試製涉及工藝驗證、參數調整等很瑣碎的工作，令很多人望而卻步。

“做科研不是自娛自樂。”與清華大學團隊合作，黃佳琦帶領團隊既當專家又當“工匠”，一遍遍煅燒、打磨、測試樣品，關關難過關關過，解決了鋰硫電池規模化生產的技術、工藝卡點，為未來實用化打下了堅實的基礎。

黃佳琦是一個名副其實的“學霸”。博士期間，他摘得2011年度清華大學特等獎學金。獨立做科研後，又帶領團隊接連攻克難題。

“做科研有什麼絕招？” 記者問他。

“必須理解所研究的問題，準確判斷它的發展方向。”黃佳琦回答，科研其實是個笨功夫，自己也有進展不順利的時候，但因為基礎打得紮實，讀的文獻多，知道這是一個真問題。“認準大方向，看到了國家的需求，我們就有信心克服前進路上的困難。”

當前，新體系電池研究方興未艾，黃佳琦步履不停。近些年，着眼鋰電池未來5至10年的技術需求，黃佳琦佈局了多個前沿課題：鋰金屬電池、鋰電池高效快充、智能傳感和安全儲能……他和團隊一次次引領前沿，取得豐碩成果。

以鋰金屬電池為例，由於負極比容量高等優勢，鋰金屬電池是下一代高比能電池的有力競爭者。針對鋰金屬電池工程化遇到的界面不穩定、存在安全隱患等痛點，黃佳琦帶領團隊深入解析原理，解決應用的“卡脖子”問題。他指導博士生閆崇提出了鋰金屬固液界面反應中的雙電層效應，受到學界廣泛認可，為構建固液界面形成過程的完整鏈條提供了新視角。

近年來，黃佳琦迎來了收穫期。2018至2022年，他連續5年入選科睿唯安全球高被引科學家，其中2021至2022年同時在材料科學和化學領域入選。

“我很幸運，趕上科技創新的黃金年代，契合着國家的需求，找到了自己的研究興趣，充分施展了科研能力。”回顧10年科研經歷，黃佳琦認為，我國新能源產業的發展需求，是自己和團隊快速成長的關鍵。

不同材料構成的電池體系，自然稟賦各不相同，適用的應用領域千差萬別。黃佳琦説，雙碳目標驅動下，我國發展新能源技術更加迫切，團隊將緊跟國家需求，找準應用場景，力爭將積累的成果為生產生活服務。

學生成長成才，是最高興的事情

在學生眼裏，黃佳琦既是老師，也是貼心的好兄長。

得益於北京理工大學的資助政策，2016年入職後，黃佳琦便快速組建起學術團隊。許睿是他入職北京理工大學後帶的第一個碩士研究生。黃佳琦向許睿介紹自己研究的課題前景，邀請他加入團隊。“黃老師很親切，我們像同齡人一樣交流，聊得很開心。”許睿回憶與老師初次見面的場景。

跟着黃佳琦讀博士期間，許睿在金屬鋰電池領域取得了多項創新成果。今年6月，還獲得北京理工大學學生最高榮譽——徐特立獎學金，該獎項每年僅授予5名博士生。

2018年，許睿獨立完成了第一個研究工作，但在發表論文時卻並不順利，連續被兩家學術期刊拒稿。他正沮喪時，黃佳琦肯定了他研究的原創性，認為質量非常高。經過不斷完善，論文發表後影響力很大，5年內被20多個國家的科研工作者引用400餘次，這極大增強了許睿的科研自信。

閆崇是黃佳琦第一位博士生。2015年8月，他在清華大學化學工程系訪學，原本計劃兩年後回河南師範大學工作。看中他的科研潛力，黃佳琦鼓勵他到北京理工大學跟自己讀博。

在北京理工大學，閆崇的科研能力得到充分施展，只用3年便拿到博士學位，比培養計劃提前1年。之後，經黃佳琦推薦，到清華大學做博士後研究，併入選國家博士後創新人才支持計劃。2021年至2022年，閆崇連續兩年入選科睿唯安全球高被引科學家，成為鋰電池研究領域的新星。

“看到學生成長成才，是我教學科研工作中最高興的事情。”黃佳琦表示。

只要有出國交流的機會，黃佳琦都會鼓勵學生申請，積累國際學術交流經歷。一次，閆崇希望去瑞典參加一個為期兩個月的訪學。然而，昂貴的機票讓他犯了難。向老師説明顧慮後，黃佳琦二話沒説當即表示給予支持。“在黃老師心中，學生的成長永遠是第一位的。”

採訪中，黃佳琦提到自己的導師——清華大學魏飛教授對自己的影響。“魏老師支持學生自由探索，只要學生把想幹的事情想通了，就給予我們全力幫助。”黃佳琦説，帶學生，自己傳承的是老師的理念。

平等交流、相互幫助，黃佳琦和學生一起成長。剛到北京理工大學時，黃佳琦急需搭建自己的實驗室，其中很多設備都是他和學生一件件挑選、裝配起來的，“我們像一個白手起家的創業團隊，是一個戰壕中的戰友。”

這些年，黃佳琦的團隊逐漸壯大，已經從兩三人發展到一支30多人的創新團隊。受北京理工大學“青年科學家工作室”項目的支持，黃佳琦還正聯合具有交叉學科背景的青年團隊，面向國家需求，不斷開展新的探索。

放眼未來，黃佳琦認為，國家需求為新能源發展提供了強勁動力。當前，國內科研條件和生態正在迅速提升，人才自主培養質量越來越高，為青年人才的發展提供了更大舞台。