【Carbontech 专访】新能源技术升级带来产业新机遇，新材料发力储能正当时

【人物介绍】

陈成猛，研究员，博士生导师，从事新型炭材料与储能器件研究。获国家自然科学优秀青年基金资助，入选《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”、山西省学术技术带头人；获IEC1906奖、中国科学院青年科学家奖、山西省自然科学一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖、中国化工学会技术发明二等奖、中国化工学会侯德榜化工青年奖、中国颗粒学会青年颗粒学奖；带领团队获“山西青年五四奖状”集体荣誉。

担任中国科学院炭材料重点实验室副主任、《中国化学快报》编委、《物理化学学报》、《中国化学工程学报》、《颗粒学报》和《Carbon Future》青年编委、国际电工委员会（IEC/TC113）标准化专家、中国颗粒学会特聘理事、中国电工技术学会超级电容专委会委员、煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室学委会委员。主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学优秀青年基金项目、JKW基础加强重点项目课题、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院重点部署项目、山西省科技重大专项等30余项。发表SCI论文212篇，出版英文专著1部，总他引13681次，H因子59。主持制定IEC国际标准4项、国家标准3项，填补了国际上电化学电容器用活性炭和电极片材料规范标准的空白。

【导语】

新材料产业是战略基础性产业，也是高科技竞争的关键领域。大力发展新材料产业，既是推动制造业高端化、智能化、绿色化发展的迫切需要，更是心系“国之大者”，厚植高质量发展新动能的必然要求。

Carbontech特邀中国科学院山西煤炭化学研究所研究员陈成猛分享团队目前的创新体系、工作重心，以及在科研与产业化方面的心得；分析石墨烯、多孔炭材料分别在热管理与储能方面的应用前景、市场潜力、面临挑战；阐述电化学电容器多孔炭国际标准之于我国和行业的意义。

当石墨烯浮躁风气和概念炒作褪去，也正是正本清源、开发实用场景、挖掘产业价值的时机。

过去的十多年间，石墨烯行业经历了几波研究热潮。当热情褪去，能踏实应用在产业领域的石墨烯的独特性能开始沉淀、显现。陈成猛说道：“比如，石墨烯在热管理方面性能显著，导热率为5300W/m·K，是现有材料中导热性能最好的材料。除了高效导热，散热也是一把好手。”正处于高速发展阶段的新型电子器件正向超大集成化发展，高散热效率的石墨烯材料正好契合发展阶段的殷切需求，可以解决材料复杂晶界声子散射引起的高热阻问题，进而解决超大集成化过程中电子器件散热的难题。

陈成猛表示，石墨烯制备方法成本低廉、流程简单、原料易得是石墨烯可以在产业化应用领域大展身手的前提条件。氧化-还原法以其简单易行的工艺成为制备石墨烯的最简便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。氧化-还原法还可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。

石墨烯简单易得，且经历了“逐渐降温”的沉淀，炒作期帮助剔除了没有可能的应用方向，真正可以产业化落地的领域正值科研干预介入的绝佳时期。只有真正取得经济价值，才能回应国家、社会、产业界对石墨烯的投入与期望。

时代背景和优异性能成为超级电容器发展的助推剂，但目前发展仍存挑战。

双碳战略目标下，对高能量密度的电源、高功率密度长循环的储能技术都作出了新的要求。超级电容器在能量回收，包括加速电源、电网系统的调频和调峰，以及作为高可靠性后备电源等方面都展现出了它独有的优势。在此情形下，超级电容器的市场增速迎来了发展契机。

作为超级电容器的核心电极材料——超级电容炭，它的性能直接决定了超级电容器的最终储能性能。不仅如此，它的成本也占据超级电容器制造成本的25%到30%，是影响超级电容器性价比的关键部分。之前超级电容炭一直依赖于从日本、韩国等头部企业进口，但近十年间，国内通过工程上的技术突破，降低了超级电容炭的制作成本，进而实现了国产化，推动了超级电容器在更多的应用场景中推广、落地，超级电容炭作为优势材料，也很好地支撑了储能领域的发展。

“超级电容炭的发展还算顺利，但目前，仍存在一些挑战。”陈成猛指出，国内现有的炭和进口的炭在批次一致性、可靠性和循环过程中的稳定性以及内阻等方面有一定的差距，因而国产炭实现高端场景的应用还有一段路要走，科学家也还需再投入精力为国产炭高质量发展献策出力。

中国科学院山西煤化所制定的电化学电容器多孔炭国际标准对中国在制定国际标准领域意义非凡，更是我国超级电容器用多孔炭发展前进的指路明灯。

陈成猛介绍道：“电化学电容器多孔炭国际标准是由中国科学院山西煤炭化学研究所牵头制定的，我们课题组几位成员是主持制定该项标准的核心人员，同时我们课题组也是研究所标准制定的主要力量。”标准的制定对于产业而言是意义非常重大的，尤其中国之前在国际标准化的声音比较少，话语权不重的情况下，能在新兴的电化学储能领域，特别是超级电容器的行业范围内，承担制定国际标准的责任，更是意义非凡。这也为我国在其他标准化行业占领国际标准化高地作出了示范。

此外，不可忽视的是，出自我国中国科学院山西煤化所制定的标准，可以做到为超级电容器用多孔炭提供一套完整的测试方法、体系和工具，以及对生产过程进行质量管理，能更清晰的观察到国内超级电容器用多孔炭的短板是什么，明确同一标准下国内外的差距，为超级电容炭的国产化指明了努力的方向。

和衷共济十余载，课题组共同打造创新体系，发力新材料在热管理和储能产业的技术升级，以更好推动新材料产业化落地。

“课题组是我博士毕业那年，煤化所破格支持我成立的，”陈成猛回忆道，“那是2012年7月，至今已有十多年的历程了。我们一直致力于打造‘应用基础研究-技术开发-产业化’的创新体系，由团队的科研人员、工程师、研究生等协同管理者群策群力，以实现‘原理验证-核心技术攻关-整套工程示范-产业化落地’的发展愿景。”

当下，新能源快速发展，储能行业正处于新一代硅炭、硬炭、多孔炭耦合替代石墨材料的转型期，大功率电子器件的发展也对热管理材料性能也提出了更高要求，因此现在是新材料发力储能与热管理行业技术升级的绝佳机会。陈成猛表示，近期，团队的工作重心一是推动氧化石墨烯在热管理材料特别是军用电子产品方面的应用场景的拓展，二是研发新一代高功率型的锂离子电池，因为电容型的电池对多孔炭、硬炭的国产化、成本控制、规模化、商业化都提出了迫切的需求。因而，团队会在这几个方面下功夫，希望能够带来新的突破。

作为科研人员在科研的道路上应专注、以实际应用为导向；作为科研团队中的领导，应考虑如何组建、培养、管理团队。

当被问及如何做好科研，陈成猛坚定地说：“我认为做科研最要紧的一是专注，二是要走出与他人不一样的科研之路。”科研的本质是为产业做支撑，科研的最终目标是投入市场应用，实现产业化落地。尤其是材料赛道的科研，更应注重以实际应用为导向。因而，科研团队应在借鉴他人成功途径的基础上，以产业需求为核心，以自身能力、状态为基础，将现实中的难题切实转化为科研难题，围绕解决需求进行科研攻关，要“知其然，知其所以然”， 向“料要成材、材要成器、器要好用”的终极目标不断靠近。

作为一名科研工作者，在科研中投入绝大多数的精力是必要的。科学发展史表明，高质量的原创性、突破性科研成果建立在潜心研究的基础上，或许偶然“灵光乍现”，也非凭空出现，而是来自长期的孜孜不倦的知识积累和实践探索。坐稳、坐住“冷板凳”，既是目标，也是科研人应有的科研态度。

作为科研团队中的领导者，首先应将自己的思维方式由单纯的科研工作者向科研团队的管理者转变，或许应该更多考虑如何组建、培养一个强有力的团队，给予这个团队伙伴时间和空间，让团队中的个体能够在各自的角色里做到独当一面，当凝聚团队的力量时，能够齐心协力，共克技术难关。

学术研究和产业化应用需要“开放、包容、共享”的理念，更需要具备较强的综合素质。

谈及产学研的心得体会，陈成猛认为，开放、包容、共享是关键词。科研人员需要具备较强的综合能力。主要针对以下几点：一是能够打开边界，整合优势资源；二是打破思维定势，由以技术为中心向以客户为中心转变。因为产学研的最终目标是产品落地，成为商品，获得市场价值。因而发掘客户需求，以客户利益为核心理念是科研人必须完成的思想转换。三是空杯心态。从实验室到市场，科研人员不再以“教授”“科研人员”的头衔为重，更为凸显的是“市场新人”的新一重身份。相应的，要做的也不仅局限于为科研贡献力量，更要为客户创造价值。科研成果必须是可堪交付的实际材料或者切实有效的应用解决方案。此时，曾在擅长领域颇有建树的老者应放下光芒，清空自己，调整心态，准备接受新的知识和经验。需要注意的是，在此过程中或许会有来自不同文化的声音，有不同的见解，这就需要科研人打开聆听各方声音的大门，理解、包容并且融合不同的要求，把它们拧成一股绳，凝心聚力，推进产业化落地。