從校門走進園子,，我們習(xí)慣于沖上等候在門口的校巴,，一瞬間就將暑氣或寒流阻隔在門外,。不知你有沒有留意到,，載著你的,，是一輛零排放的純電動汽車,。當(dāng)我們開始越來越享受新能源帶來的福利時,，可能不會想到,，如今環(huán)游在校園內(nèi)的電動校巴,，數(shù)十年前，也許還只是實驗室里一群人大腦里的一個想法……
1988年,，現(xiàn)任清華大學(xué)深圳研究生院院長的康飛宇教授還是機械系一名青年教師,，他所在的課題組剛剛開始聚焦于天然石墨的深加工技術(shù)。我國的天然石墨資源品質(zhì)優(yōu)良,，儲量豐富,，占全世界儲量的50%以上,，但長期得不到有效的深加工利用，只停留在原材料的開采,、出口銷售,，或用于低端產(chǎn)品，如耐火材料,?；谶@樣的開發(fā)現(xiàn)狀，團隊開始尋求對天然石墨的深度開發(fā),，希望能提高資源的附加值,，團隊首先開始對石墨層間化合物合成技術(shù)的持續(xù)關(guān)注與研究，發(fā)明了電化學(xué)法制備優(yōu)質(zhì)可膨脹石墨的方法,，并且迅速得到了轉(zhuǎn)化生產(chǎn),。
1994年前后，課題組開始探究將天然石墨用于鋰離子電池負(fù)極材料的研究,，陸續(xù)發(fā)明了雙氧水-硫酸共插層技術(shù),、微膨化改性、球形化和包覆等技術(shù),，并且和企業(yè)合作,，逐步放大，在鋰電池應(yīng)用中取得了很好的效果,。
長期以來,，鋰離子電池在商業(yè)化過程中大多使用人造石墨作為負(fù)極，而我國的部分企業(yè)率先使用天然石墨,。“以前天然石墨在鋰電池負(fù)極的應(yīng)用中存在問題，如循環(huán)性能差,，快充能力不好,，面對越來越大的新能源存儲和電動車需求量，電池容量也有待提高,，我們的核心工作就是圍繞著解決這些問題開展的,。”康飛宇介紹說。中國有非常好的鋰離子電池工業(yè)背景,，非常有利于產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合,，將實驗室研究成果迅速投入到工業(yè)化生產(chǎn)中并收獲反饋，不斷再完善技術(shù),。通過這種方式,，項目組逐步開發(fā)出可快速充放電、工作溫度范圍寬和循環(huán)壽命長的微膨改性石墨負(fù)極材料,、具有優(yōu)異高倍率性能和低膨脹率的負(fù)極材料和高容量且循環(huán)性能優(yōu)異的硅石墨復(fù)合負(fù)極材料,。在實驗室階段成功并獲得國家授權(quán)發(fā)明專利后,，這些技術(shù)和發(fā)明被深圳翔豐華和內(nèi)蒙古瑞盛新能源等合作企業(yè)迅速應(yīng)用于產(chǎn)品化中。
鋰電池負(fù)極材料的改進已經(jīng)有了顯著的突破,，那么正極導(dǎo)電呢,？課題團隊將目光聚焦到石墨烯上，石墨烯技術(shù)在2004年被曼徹斯特大學(xué)兩位教授發(fā)現(xiàn)并成功地從石墨中分離出石墨烯,，他們在2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎,。石墨烯是目前世界上能夠合成的最薄的物質(zhì)，僅僅一個碳原子層厚度,，是碳原子按照六角網(wǎng)狀無限延伸的平面結(jié)構(gòu),。天然石墨可以看成是自然界將無數(shù)層石墨烯疊摞在一起的塊體材料，如果能夠?qū)⑵湟粚訉觿冸x,，就得到了極薄的石墨烯材料,。康飛宇回憶說,，“在石墨烯制備技術(shù)方面,，我們一直在進行著研究，從氧化插層,、到剝離還原,，我們都有獨到之處。我們也很快和企業(yè)開始合作放大并進行產(chǎn)業(yè)化,，核心應(yīng)用是將石墨烯用作正極材料的導(dǎo)電劑,。”課題團隊發(fā)明了溫和條件下高品質(zhì)石墨烯的低成本、宏量制備技術(shù),，提出了基于“點-面”模型的石墨烯導(dǎo)電劑應(yīng)用技術(shù),，相比于傳統(tǒng)使用導(dǎo)電炭黑作為添加劑，石墨烯導(dǎo)電效果好,、體積能量密度高,，“不同體系鋰電池的能量密度能提高3-8%，這對電池的性能改善是很大的貢獻,。”在石墨烯導(dǎo)電劑應(yīng)用方面,，課題組和東莞鴻納、比亞迪等企業(yè)進行密切合作,，進展非?？臁Ｄ壳?，不少鋰電廠家都在應(yīng)用石墨烯導(dǎo)電劑,。
鋰電池行業(yè)在國際上曾一度是美日技術(shù)領(lǐng)先，生產(chǎn)主要集中在中日韓三國,，天然石墨和石墨烯項目的成功研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化讓我國的鋰電池產(chǎn)業(yè)如日中天,，中國的產(chǎn)量現(xiàn)在已超過日本,。談起鋰電池的國際產(chǎn)業(yè)布局，康飛宇認(rèn)為,，對新能源存儲和電動車推廣的需求急速增長是國際趨勢,，各國間也需要密切加強在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和實際應(yīng)用等方面的交流學(xué)習(xí)與合作,。
2018年初,，團隊的研究課題“高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料”獲得了2017年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎?；仡欉@一路的研究歷程,，康飛宇始終強調(diào)和工業(yè)界的密切合作，“一項實驗室技術(shù),，最終需要放大到產(chǎn)業(yè)的實際應(yīng)用中去,。如何進行產(chǎn)業(yè)化，把握好技術(shù)投入生產(chǎn)的時間從而形成產(chǎn)品的價格優(yōu)勢,，進一步提升和穩(wěn)固我國在鋰電池行業(yè)的話語權(quán),？面對這一問題，我認(rèn)為高校要通過不斷加強與產(chǎn)業(yè)界的合作來解決,。”康飛宇說,。
一片天然石墨，從實驗室的研究臺走向產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)線,，最終,，以一種高附加值的方式服務(wù)于我們現(xiàn)在的生活——科技服務(wù)生活，這正是康飛宇和團隊里每一位科研工作者的追求,。從研究石墨課題到今天開發(fā)石墨烯,，三十年已經(jīng)過去，未來還有多少個三十年,？康飛宇和他的團隊相信,，只要有新的能源和技術(shù)需求，他們就不會止步……
