材料人帶你近距離了解石墨烯高峰論壇儲能應用分會主席李峰研究員

李峰研究員在中科院金屬研究所前通過無人機完成的拍攝

近日，2017國際石墨烯高峰論壇在清華大學深圳研究生院成功舉辦，材料人網作為論壇支持媒體為大家采訪到儲能應用分會主席，中國科學院金屬研究所李峰研究員。李峰研究員主要從事電化學能量儲存與轉換用納米材料及相關器件的制備和應用研究。以下是詳細采訪內容：

材料人網：您在石墨烯基柔性儲能器件的設計過程中遇到過哪些困難？又是怎樣克服的呢？

李峰老師：對于石墨烯基柔性器件研究過程主要面臨困難是什么材料和器件是柔性器件，其中關鍵的科學和技術問題在哪里？石墨烯如何能夠發揮其特性？經過了很長一段時間思考和探索，我們的研究工作從材料制備開始，慢慢對于其中的問題有了比較深入的認識，如柔性器件的定義、實現方式特征及應用的場合。柔性儲能器件作為一種新型器件，特別是如何對于其性能進行表征。對于柔性器件的本質和應用場景進行思考，從受力狀態和電化學過程來考慮柔性儲能器件中存在的基礎科學問題和應用中的技術問題。當然認識也慢慢加深的，除了嘗試制備具有柔性電極材料和設計具有柔性的器件外，也不斷思考如何能夠更加深入思考其中的科學問題和技術難點，特別是石墨烯在其中應用的關鍵技術和發展，也將深入思考的結果并結合他人工作，整理形成綜述和展望論文，來加強對于柔性器件的認識，希望能夠和同行共同促進該領域的發展。

材料人網：在您的研究過程中，您對柔性器件的定義做出了哪些調整？其實現方式又有哪些改變？

李峰老師：當前對于柔性器件國內外研究非常之多，但大多集中在材料，通過演示可彎折就是柔性器件，盡管非常簡單直接，但科學性是不足的。從應用的角度來說，柔性不是目的，而是實現特定功能的過程，柔性需要與應用的場景緊密結合才能真正有意義。因此對于柔性器件，從最初的可以彎折，到如何來定義彎折，并深入思考其中是否有科學問題。最近將柔性器件定義為：1. 具有可逆變形能力，也就是在受到外力作用，其變形彎曲處于彈性變形區間；2. 具有功能可逆性，也就是在變形前后功能不變，包括結構、電化學性能等。為了實現柔性器件，對于其受力狀態和變形方式進行了分類，可分為彎曲、拉伸和壓縮變形。這些不同變形方式實現是完全不同的，需要從材料及結構設計來實現，材料本身實現難度是非常大的，因為現用材料特別是活性材料大部分都是無機非金屬材料，彈性變形很小，當然發展具有一定變形活性物質，是未來發展極為重要的內容和方向；另外一個方面就是在犧牲體積等來進行結構設計，來實現變形量進行放大，主要是采用柔性基體，活性物質置于柔性基體，能夠隨著柔性基體變形而性能不發生變化。隨著研究深入和發展，對于柔性的認識應該還會更加深刻。當然對于柔性器件應該是應用去驅動的發展模式，才可能加速技術的發展，盡早進入我們的生活。

材料人網：您在實現碳納米材料在電化學儲能材料和器件中的應用時遇到過什么問題，又是怎樣解決的呢？

李峰老師：碳納米材料是一個非常活躍的研究方向，眾多研究者都投入了極大的研究興趣，如何能夠在這里形成自己的特色，并且能保持持續的思考是需要不斷努力的。當然如何將碳納米材料在電化學儲能材料和器件中獲得應用是最為需要和困難的地方，其中基礎研究往往只關心其中一個方面具有比較高的指標，并能夠形成認識，而應用過程中需要考慮的因素是特別多。這些因素之間往往是相互制約的，如何將碳納米材料的優點在應用中發揮出來成為研究的關鍵。因此在研究過程中，以具體應用對于納米碳材料要求，比如雜質含量、不同體系的分散穩定性等來進行綜合考慮，盡管取得了一定進展，但距離批量應用還是有一定距離的。

材料人網：您認為石墨烯基柔性儲能器件何時能夠實現其應用？在應用之前還有哪些需要改進的地方？您對其有怎樣的愿景？

李峰老師：石墨烯柔性儲能器件的特點是容量不高，但可快充，循環壽命極長，將來可能在可穿戴器件，或低功耗的RFID、傳感器等方面獲得應用。比較樂觀一些估計，在未來5-10年左右時間中，可在市場中見到石墨烯相關的柔性儲能器件。在應用之前，需要發展相關技術來實現器件的整體發展，如極耳設計，形狀設計，并探索柔性器件使用的“黑科技”，能夠與大數據分析、云存儲發展緊密結合，使柔性儲能器件自身成為物聯網的一部分，具有自我診斷和信息交流的功能，只有這樣才能加速進入到我們生活，并且改變我們的生活，而且作為器件本身也能夠更快的完成器件的設計與制造的自我迭代。

材料人網：您能否介紹一下碳材料在電化學儲能領域最新的研究與應用成果？您未來的科研重點將會是什么？

李峰老師：我研究工作主要集中在在碳納米材料的結構及表面狀態對電化學儲能體系的電化學過程的影響規律，碳基電化學儲能材料的制備，新型電化學儲能器件的設計與應用探索等方面，取得了一些創新性成果，解決了碳納米材料在電化學儲能材料和器件中應用的一些關鍵問題，并研制出高能量密度、高功率密度和柔性器件用碳基電極材料及電化學儲能器件，部分成果已實現了產業化。在未來考慮采用更加接近于機器深度學習的方法來進行科學研究，期待能夠改造我們現有的科研方式。通過電化學過程中，不同尺度下材料變化特征提取，來獲得全新認識，從電池設計特征來獲得材料應用特征，通過對于這些特征的多層次分析來取得新知識和加速材料的器件應用。

材料人網：您能說說您的學術研究思路嗎？您對學生們有什么建議及期望?

李峰老師：在基礎研究方面，能夠不斷脫離自己研究的舒服區間，找到材料在電化學過程中在不同尺度發生改變的過程，來全新認識我們的物理化學教材中已有認識。在應用研究方面，能夠面向市場，發展材料應用技術。在研究過程中，注重基礎和應用的結合。

對于學生要求：能夠一塊喝咖啡、聊天，放松心情，自由發揮，激發思想，碰撞激蕩，找到共同的興趣點，暢談對于科學問題的認識，學術上充分交流；在工作上要能夠超越導師對于學術上認識，具有獲得新知識的能力與勇氣。

材料牛編輯整理。