材料人带你近距离了解石墨烯高峰论坛储能应用分会主席李峰研究员

李峰研究员在中科院金属研究所前通过无人机完成的拍摄

近日，2017国际石墨烯高峰论坛在清华大学深圳研究生院成功举办，材料人网作为论坛支持媒体为大家采访到储能应用分会主席，中国科学院金属研究所李峰研究员。李峰研究员主要从事电化学能量储存与转换用纳米材料及相关器件的制备和应用研究。以下是详细采访内容：

材料人网：您在石墨烯基柔性储能器件的设计过程中遇到过哪些困难？又是怎样克服的呢？

李峰老师：对于石墨烯基柔性器件研究过程主要面临困难是什么材料和器件是柔性器件，其中关键的科学和技术问题在哪里？石墨烯如何能够发挥其特性？经过了很长一段时间思考和探索，我们的研究工作从材料制备开始，慢慢对于其中的问题有了比较深入的认识，如柔性器件的定义、实现方式特征及应用的场合。柔性储能器件作为一种新型器件，特别是如何对于其性能进行表征。对于柔性器件的本质和应用场景进行思考，从受力状态和电化学过程来考虑柔性储能器件中存在的基础科学问题和应用中的技术问题。当然认识也慢慢加深的，除了尝试制备具有柔性电极材料和设计具有柔性的器件外，也不断思考如何能够更加深入思考其中的科学问题和技术难点，特别是石墨烯在其中应用的关键技术和发展，也将深入思考的结果并结合他人工作，整理形成综述和展望论文，来加强对于柔性器件的认识，希望能够和同行共同促进该领域的发展。

材料人网：在您的研究过程中，您对柔性器件的定义做出了哪些调整？其实现方式又有哪些改变？

李峰老师：当前对于柔性器件国内外研究非常之多，但大多集中在材料，通过演示可弯折就是柔性器件，尽管非常简单直接，但科学性是不足的。从应用的角度来说，柔性不是目的，而是实现特定功能的过程，柔性需要与应用的场景紧密结合才能真正有意义。因此对于柔性器件，从最初的可以弯折，到如何来定义弯折，并深入思考其中是否有科学问题。最近将柔性器件定义为：1. 具有可逆变形能力，也就是在受到外力作用，其变形弯曲处于弹性变形区间；2. 具有功能可逆性，也就是在变形前后功能不变，包括结构、电化学性能等。为了实现柔性器件，对于其受力状态和变形方式进行了分类，可分为弯曲、拉伸和压缩变形。这些不同变形方式实现是完全不同的，需要从材料及结构设计来实现，材料本身实现难度是非常大的，因为现用材料特别是活性材料大部分都是无机非金属材料，弹性变形很小，当然发展具有一定变形活性物质，是未来发展极为重要的内容和方向；另外一个方面就是在牺牲体积等来进行结构设计，来实现变形量进行放大，主要是采用柔性基体，活性物质置于柔性基体，能够随着柔性基体变形而性能不发生变化。随着研究深入和发展，对于柔性的认识应该还会更加深刻。当然对于柔性器件应该是应用去驱动的发展模式，才可能加速技术的发展，尽早进入我们的生活。

材料人网：您在实现碳纳米材料在电化学储能材料和器件中的应用时遇到过什么问题，又是怎样解决的呢？

李峰老师：碳纳米材料是一个非常活跃的研究方向，众多研究者都投入了极大的研究兴趣，如何能够在这里形成自己的特色，并且能保持持续的思考是需要不断努力的。当然如何将碳纳米材料在电化学储能材料和器件中获得应用是最为需要和困难的地方，其中基础研究往往只关心其中一个方面具有比较高的指标，并能够形成认识，而应用过程中需要考虑的因素是特别多。这些因素之间往往是相互制约的，如何将碳纳米材料的优点在应用中发挥出来成为研究的关键。因此在研究过程中，以具体应用对于纳米碳材料要求，比如杂质含量、不同体系的分散稳定性等来进行综合考虑，尽管取得了一定进展，但距离批量应用还是有一定距离的。

材料人网：您认为石墨烯基柔性储能器件何时能够实现其应用？在应用之前还有哪些需要改进的地方？您对其有怎样的愿景？

李峰老师：石墨烯柔性储能器件的特点是容量不高，但可快充，循环寿命极长，将来可能在可穿戴器件，或低功耗的RFID、传感器等方面获得应用。比较乐观一些估计，在未来5-10年左右时间中，可在市场中见到石墨烯相关的柔性储能器件。在应用之前，需要发展相关技术来实现器件的整体发展，如极耳设计，形状设计，并探索柔性器件使用的“黑科技”，能够与大数据分析、云存储发展紧密结合，使柔性储能器件自身成为物联网的一部分，具有自我诊断和信息交流的功能，只有这样才能加速进入到我们生活，并且改变我们的生活，而且作为器件本身也能够更快的完成器件的设计与制造的自我迭代。

材料人网：您能否介绍一下碳材料在电化学储能领域最新的研究与应用成果？您未来的科研重点将会是什么？

李峰老师：我研究工作主要集中在在碳纳米材料的结构及表面状态对电化学储能体系的电化学过程的影响规律，碳基电化学储能材料的制备，新型电化学储能器件的设计与应用探索等方面，取得了一些创新性成果，解决了碳纳米材料在电化学储能材料和器件中应用的一些关键问题，并研制出高能量密度、高功率密度和柔性器件用碳基电极材料及电化学储能器件，部分成果已实现了产业化。在未来考虑采用更加接近于机器深度学习的方法来进行科学研究，期待能够改造我们现有的科研方式。通过电化学过程中，不同尺度下材料变化特征提取，来获得全新认识，从电池设计特征来获得材料应用特征，通过对于这些特征的多层次分析来取得新知识和加速材料的器件应用。

材料人网：您能说说您的学术研究思路吗？您对学生们有什么建议及期望?

李峰老师：在基础研究方面，能够不断脱离自己研究的舒服区间，找到材料在电化学过程中在不同尺度发生改变的过程，来全新认识我们的物理化学教材中已有认识。在应用研究方面，能够面向市场，发展材料应用技术。在研究过程中，注重基础和应用的结合。

对于学生要求：能够一块喝咖啡、聊天，放松心情，自由发挥，激发思想，碰撞激荡，找到共同的兴趣点，畅谈对于科学问题的认识，学术上充分交流；在工作上要能够超越导师对于学术上认识，具有获得新知识的能力与勇气。

材料牛编辑整理。