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　　空間電源系統(tǒng)，顧名思義就是應(yīng)用于航天器上的電池組件，被稱為“航天器的心臟”，對(duì)保障航天器正常工作起著決定性作用。空間電源系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，航天器將會(huì)徹底失去工作能力。

　　空間電源系統(tǒng)如此關(guān)鍵，卻也是航天器上最容易出現(xiàn)問題的部分，在空間特殊環(huán)境下高強(qiáng)度的工作以及更換困難是最大挑戰(zhàn)，對(duì)于低軌道運(yùn)行的航天器來說，電池組件需要滿足8年的使用壽命，而對(duì)于在地球同步軌道運(yùn)行的航天器而言，需要擁有18年以上的使用壽命。

　　目前，在全世界范圍內(nèi)，電池技術(shù)依然是制約航天器總體水平的短板，我國同樣缺乏自主研發(fā)、穩(wěn)定可靠的空間電源系統(tǒng)。

　　2019年1月8日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院孫克寧教授團(tuán)隊(duì)的“高比能量鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，在人民大會(huì)堂被授予國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)的背后，是團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20年的奮斗不輟，這個(gè)北理工團(tuán)隊(duì)用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)了中國空間電源系統(tǒng)在比能量和輕量化方面的突破，使中國空間電源系統(tǒng)的技術(shù)水平實(shí)現(xiàn)了跨越性提升。

把“一張白紙”寫滿精彩

　　“電源系統(tǒng)絕對(duì)不允許出任何問題！”2004年4月，西昌衛(wèi)星中心發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)，“兩彈一星”元?jiǎng)住r(shí)任中國探月工程總設(shè)計(jì)師的孫家棟院士這樣堅(jiān)定地說到，這讓當(dāng)時(shí)還是一名青年教師的孫克寧深受觸動(dòng)，他暗自立志要為中國的空間電源系統(tǒng)研究做出自己的貢獻(xiàn)。

　　1999年，孫克寧開始涉獵空間電源系統(tǒng)研究領(lǐng)域，他深知國家的需要就是科學(xué)家的使命，這也是他專心投身該領(lǐng)域的初衷。“世界范圍內(nèi)專業(yè)做航天電源的公司很少，我國在航天電源技術(shù)方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。”孫克寧回憶道。

　　同年，孫克寧開始了航天電源的研究，而此時(shí)在他面前可謂是“一張白紙”。毫無借鑒和積累的探索，注定是坎坷的，很快孫克寧就意識(shí)到鎳氫電池存在比能量低、可靠性差等問題，無法滿足航天器對(duì)高性能電源系統(tǒng)的需求。孫克寧并不氣餒，又將目光投向性能更為優(yōu)異的鋰離子電池。2005年，孫克寧提出的空間電源系統(tǒng)研究獲得立項(xiàng)，但仍然面對(duì)無成熟設(shè)備、無商業(yè)化材料和無工藝技術(shù)的種種困難。

　　2009年，孫克寧來到北京理工大學(xué)，成為學(xué)校化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科能源電化學(xué)工程方向的帶頭人。“北理工在化學(xué)化工領(lǐng)域研究底蘊(yùn)深厚，發(fā)展至今研究基礎(chǔ)非常好，而且學(xué)校對(duì)新興產(chǎn)業(yè)研究領(lǐng)域非常重視，所以來到北理工后，我感到如魚得水。”孫克寧這樣介紹到。之后，在北理工的沃土上，孫克寧帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聚焦鋰離子電池，針對(duì)電極材料、隔膜材料、制造工藝等方面深入研究，不斷突破，形成研究?jī)?yōu)勢(shì)。

孫克寧主持中英青年學(xué)者城市交通可持續(xù)能源先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)

　　經(jīng)過20年的潛心研究，孫克寧團(tuán)隊(duì)在空間電源系統(tǒng)領(lǐng)域已擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的專利23項(xiàng)，發(fā)表了50多篇具有國際影響力的論文，推動(dòng)我國制造出“高比能、高可靠、輕量化”的空間電源系統(tǒng)，孫克寧也連續(xù)五年成為愛思唯爾發(fā)布的中國高被引學(xué)者（能源類）。

拼搏奮斗的“青年軍”

　　“我們團(tuán)隊(duì)有個(gè)特點(diǎn)就是年輕，九名教師，平均年齡37歲，整體氛圍非常開放包容。”孫克寧談到自己的團(tuán)隊(duì)，充滿自豪。在“點(diǎn)亮”中國航天器電源系統(tǒng)的攻堅(jiān)中，孫克寧帶領(lǐng)的這支“青年軍”不僅充滿干勁，也充滿了創(chuàng)新思維。“仰望星空，要永葆好奇心。”這是孫克寧經(jīng)常與團(tuán)隊(duì)分享的理念。

　　“我覺得北理工務(wù)實(shí)的品質(zhì)非常吸引我，所以畢業(yè)之后我就來了，并且在團(tuán)隊(duì)里找到了志同道合的伙伴，讓我覺得很有施展空間。”團(tuán)隊(duì)中的青年教師王振華，2009年博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)電化學(xué)專業(yè)，來到團(tuán)隊(duì)從事航天電池研究已經(jīng)有十個(gè)年頭了。

　　作為最早的團(tuán)隊(duì)成員，王振華親歷了團(tuán)隊(duì)拿下化學(xué)電源與綠色催化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、電化學(xué)關(guān)鍵技術(shù)與化學(xué)電源教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、教育部獎(jiǎng)、國家獎(jiǎng)等一個(gè)個(gè)成績(jī)。但成績(jī)斐然的背后，卻是一路的拼搏與奮斗。

　　“測(cè)試電池和測(cè)試別的東西不太一樣，為了及時(shí)測(cè)量出電池的性能，初期有些研究只能靠人工隨時(shí)跟進(jìn)檢測(cè)。人要跟著機(jī)器走，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)到什么時(shí)候停止我們就要跟進(jìn)測(cè)試。吃住在企業(yè)，凌晨三點(diǎn)去測(cè)電池參數(shù)，早上七點(diǎn)鐘繼續(xù)工作也是常有的事。”王振華這樣談到。

　　做出中國人自己的航天電源，孫克寧的研究絕不僅僅只是理論上的突破，他心中要的是實(shí)實(shí)在在產(chǎn)品。帶著這樣的理念，團(tuán)隊(duì)從理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線到產(chǎn)品研發(fā)，每一步都考慮工程化需要，但這也對(duì)團(tuán)隊(duì)提出更高的要求。

　　空間電源系統(tǒng)的組裝必須在固定空間內(nèi)完成，一旦上天，就“決不能出錯(cuò)”，這嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)空間電源系統(tǒng)的基本要求。面對(duì)嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，電源工程化卻又只能面對(duì)尺寸、能量、重量等最宏觀的要求，這始終是對(duì)團(tuán)隊(duì)極大的考驗(yàn)。

　　“不實(shí)驗(yàn)不相信，不驗(yàn)證不科學(xué)”，這是孫克寧團(tuán)隊(duì)中師生們常常掛在嘴邊的話，正是憑借這股“鉆勁”，團(tuán)隊(duì)從“零基礎(chǔ)”開始，自己搭建設(shè)備、合成材料，開始探索航天器電源的“中國制造”。“既然我們研究的是國家的技術(shù)短板，那就一定要克服困難、一定要做好！”

培養(yǎng)學(xué)生有“兩把刷子”

孫克寧為學(xué)生講授《電源工藝學(xué)》課程

　　“知全局，明亮點(diǎn)。知需求，明方向。知難點(diǎn)，明細(xì)節(jié)。知能力，明途徑。”這是孫克寧對(duì)學(xué)生們的要求。在科研上不斷取得突破的孫克寧，始終將培養(yǎng)出優(yōu)秀的學(xué)生作為團(tuán)隊(duì)成績(jī)的重要組成。他還要求學(xué)生們必須具有兩把“刷子”：一是瞄準(zhǔn)國際前沿，創(chuàng)新基礎(chǔ)研究；二是對(duì)接國家需求，注重工程應(yīng)用。

　　“我是2014年進(jìn)入團(tuán)隊(duì)讀的博士，2015年開始選擇將鋰離子電池高容量正極材料作為自己的研究方向。”提及為何選擇來到孫克寧團(tuán)隊(duì)，博士生盧丞一坦言：“標(biāo)簽清晰，方向明確，孫老師一直致力于電池研究，一直深耕能源領(lǐng)域。只有長久不移的研究才能把科研做深做大，而盲目跟風(fēng)則沒有前途，孫老師給我們樹立了學(xué)習(xí)的榜樣。”

盧丞一完成博士學(xué)位論文答辯后與導(dǎo)師孫克寧合影

　　盧丞一的研究主要是高性能鋰離子電池正極材料的開發(fā)，旨在提高鋰離子單體電池放電比容量和循環(huán)倍率性。正是得益于導(dǎo)師孫克寧的悉心指導(dǎo)，使盧丞一收獲不小。

　　“磷酸鐵鋰電極材料因其相對(duì)較高的安全性被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中，但它的缺陷是比容量不太高。在一次實(shí)驗(yàn)中，我偶然發(fā)現(xiàn)了磷酸鐵鋰的放電容量有了較大幅度的提升。孫老師沒有放過這一偶然發(fā)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是鼓勵(lì)和指導(dǎo)我進(jìn)一步觀察思考其中的機(jī)理。最終，我們反復(fù)試驗(yàn)，通過構(gòu)造氮氧自由基對(duì)其進(jìn)行復(fù)合能量的提升，實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰比容量的“超容”。而當(dāng)時(shí)全世界只有少數(shù)幾篇論文談到如何實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰的“超容”，我們的結(jié)果可以說是開辟了一個(gè)新的方向。”盧丞一通過“無機(jī)+有機(jī)”工藝復(fù)合，使得磷酸鐵鋰的比容量達(dá)到了190mAh/g，這不僅超過當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)的最高實(shí)際比容量160 mAh/g的水平，更是突破了170 mAh/g的理論比容量水平。

　　從普通的制備中發(fā)現(xiàn)問題，從而證明猜想，然后主動(dòng)優(yōu)化，最后驗(yàn)證結(jié)果，這樣一條完整的科學(xué)研究閉環(huán)，孫克寧對(duì)于自己和學(xué)生們，都要求不僅完整不可缺失，還必須每一步要走得非常扎實(shí)。

　　“我覺得最有意思的是每學(xué)期一次的實(shí)驗(yàn)技能比拼大賽。我們每人會(huì)有5次機(jī)會(huì)，通過5次制備，拿出其中最好的數(shù)據(jù)進(jìn)行比拼，所有人中誰的數(shù)據(jù)最好，誰就是冠軍。通過這種方式，我們不僅提高了動(dòng)手能力，有時(shí)候還能獲得很多靈感。”團(tuán)隊(duì)學(xué)生徐春明談到這個(gè)內(nèi)部競(jìng)賽總是津津樂道。而這樣的比拼，只是孫克寧啟發(fā)式培養(yǎng)人才的一個(gè)縮影，不論是指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)里的青年教師，還是課題組的研究生們，孫克寧都十分注重啟發(fā)思維。“孫老師喜歡思想交流，樂于分享自己的研究經(jīng)驗(yàn)，但他從不一股腦地灌輸給我們。無論是平常備課還是申請(qǐng)項(xiàng)目，孫老師會(huì)和大家一起討論出框架，然后非常細(xì)致地幫我們修改，一稿、二稿……終稿，草稿上滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)囟际撬墓P跡，這個(gè)過程中，也讓我們有常學(xué)常新的感覺。”團(tuán)隊(duì)教師孫旺這樣談到。

　　不忘初心，為中國“深空之光”璀璨長駐，牢記使命，用奮斗建功立業(yè)新時(shí)代。“這是我們科研人員應(yīng)該做的，也是每一個(gè)北理工人需要做的，所以我們就做了。”在榮獲國家獎(jiǎng)勵(lì)之際，孫克寧如是說。