勇于挑战珠穆朗玛峰的科学研究勇士

太阳能纤维衣服可以在10小时内给手机充电36次。纤维锂离子电池衣服即使在机器清洗或刺穿后也可以继续为平板电脑充电。

文/NE-SALON新能源集团

“总有一天我会爬珠穆朗玛峰，这可能会给我的科学研究带来不同的思考。”47岁的复旦大学教授彭慧胜，今年刚入选中国科学院院士。

11月22日，中国科学院、中国工程院宣布2023年院士增选结果，59人新当选为中国科学院院士，74人新当选为中国工程院院士。据统计，中国科学院院士年轻化趋势明显，平均年龄仅为54.7岁。从今年科研会的趋势来看，40多岁的院士很多，彭慧胜院士就是其中之一。今天，新能汇小编将带您了解这位勇于挑战珠穆朗玛峰的科学研究“勇士”。

01. 出身贫寒，培养不屈不挠的性格

1976年，彭慧生出生于湖南十大贫困县之一的邵阳县农村。小时候，彭慧胜经常和妈妈一起下农田，在山里打水。他曾回顾过自己的童年：“当我还是个孩子的时候，最令人印象深刻的事情是放学回家找锅里剩下的冷米饭或锅巴吗？”。简单而稀缺的农村生活磨练了彭慧生不屈不挠的性格，使他敢于挑战困难，珍惜时间和机会。

2000年，他成功报考复旦大学攻读硕士学位。当时，研究小组面临着一个棘手的问题——阴离子聚合实验。当时小组里没人想接手这个话题。经过几次尝试失败，彭慧生曾经想过放弃，但最终还是咬紧牙关坚持了下来。实验做不到，就一直做；实验做不完，就睡在实验室里。在他不懈的尝试下，他终于获得了胜利的果实，这也为他未来闯入学术无人区奠定了基础。

2003年，彭慧胜前往美国深造，没想到第二年会遇到卡特里娜飓风。他的小镇被毁，大学停课，他和同学一起开车逃离城市避难。彭慧胜回忆说：“当时，我不知道未来会是什么样子”。由于加油站被飓风破坏，车辆无法加油，彭慧生和他的团队担心车辆没有油，无法前进。冬天，他们宁愿冷冻也不愿在车里开空调。好在墨西哥大学“收留”逃离这一行的人。

在那里，彭慧生主动要求参加教授的小组会议，并主动参加讨论，这样他的实验就不会中断，并在墨西哥大学完成了很多论文工作，然后他就可以成功地毕业了。彭慧胜对这段经历说：“在新墨西哥州大学，我得到了帮助，因为这位教授看到我喜欢学习，所以他愿意伸出援助之手。一方面，人们可以互相帮助，另一方面，你值得我帮助，帮助你让我感到精神上的快乐。”

2008年，彭慧胜博士毕业后在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作了一段时间，然后决定回国发展。

02. 回国15年，勇闯学术“无人区”

回国后，彭慧胜回到了母校——彭慧胜在选择研究领域时，将目光集中在能源领域。

当时，光伏和航空航天事业不断发展，配备太阳能板的火星登陆车开始登陆火星进行探测。这暴露了一个问题：由于太阳能电池板很硬，登陆车在火星凹凸表面行走时很容易损坏和报废。“当时我就想，如果把电池做成灵活的，解决这个问题容易吗？”有了这个想法，彭慧生咨询了很多文献，发现有些人从2006年开始就在做柔性电池。一些研究人员将电池制成二维薄膜，以获得柔性能源系统。

彭慧胜说：“我不想跟着别人，我想做一些不同的事情”。因此，一个大胆的想法开始在他心中酝酿——一维纤维电池。这一领域，在当时可谓是学术无人区，关于这一方向的论文很少，彭慧胜要研究，可谓从0开始。彭慧胜的话题一经提出，就伴随着质疑和批评，因为他没有前人的经验。这让他一度招不到自己的研究生，甚至亲自给学生打电话“推销”自己。在这样不利的条件下，彭慧胜坚持了15年。

2017年，彭慧胜在一次演讲中分享了他的研究成果——太阳能电池纤维服装。

这件衣服用高强度碳纳米管做纤维。碳纳米管的一侧涂有红色光电活性材料，吸收阳光产生电；另一侧涂有另一层电极膜，将红色光电活性材料产生的电传输到外部电路。经测试，白天(10小时)太阳能纤维衣服可发电6.1万毫安时，可反复给手机充电36次。同时，太阳能电池纤维服装虽然衣服弯曲，但光电转化效率仍然最高9.45%。

众所周知，能源设备分为发电设备和储能设备。虽然上述太阳能电池纤维满足了发电需求，但如果高性能纤维储能电池不能储存，彭慧生的纤维衣服更像是纸上谈兵。彭慧生当然意识到了这一点，但纤维储能电池并不容易？

早在2013年，彭慧生研究小组就率先实现了世界纤维锂离子电池，但其长度通常为厘米，整体电池质量的能量密度相对较低。另外，这种短纤维锂离子电池具有大量的导线连接点，容易造成电解质泄漏，造成危险事故。如果纤维不生长，这种纤维锂离子电池根本无法实际应用。除纤维锂离子电池外，彭慧生还尝试了纤维锂硫电池、纤维锌离子电池、纤维金属空气电池等储能电池，均无实质性进展。

就在课题组一筹莫展的时候，一个惊天动地的发现救了他们。

纤维电池之所以不长，是因为纤维电池的电阻与纤维的长度呈正相关。但彭慧胜的博士生何纪卿正在测试0.1米、0.2米、0.5米 当大米和1米纤维锂离子电池的电阻时，我们惊讶地发现，较长的纤维内阻不增反降，这与学术观点完全相反。最后，在彭慧生的指导下，何纪卿反复进行实验，最终得出结论，纤维锂离子电池的内阻与长度呈双曲余切函数关系，即随着长度的增加，内阻首先降低，然后逐渐稳定；纤维锂离子电池的容量随长度线性增加。以上结论也为纤维锂离子电池的连续大规模制备奠定了理论基础。

在上述理论的指导下，彭慧生研究小组开发了85多个能量密度 Wh/kg纤维锂离子电池可为心率监测仪、血氧仪等商用可穿戴设备提供2天以上的电能。同时，纤维锂离子电池具有良好的循环稳定性。循环500圈后，电池容量保持率仍可达90.5%，库伦效率为99.8%，其综合电化学性能可与部分小型商用电池相当。

用纤维锂离子电池编织的衣服也很稳定。例如，即使纤维锂离子电池纺织品以各种方式折叠或滚动，也不会燃烧或爆炸。此外，即使在机器清洗或刺穿后，也可以继续为平板电脑充电。

2021年9月1日，本研究以《高性能纤维锂离子电池规模化建设》为题，在Nature正刊上发表。Nature审稿人评论这项工作是什么“储能和可穿戴技术的里程碑研究”和“柔性电子领域的里程碑”。

2022年入选高性能纤维锂离子电池规模化制备“2021年中国科学十大进步”。基于本研究的柔性显示织物和智能集成系统的选择“2021年中国光学十大进展”。

03、“总有一天我要去珠穆朗玛峰”

现在，已经是中国科学院院士的彭慧生，从未停止过对科学的探索。他说:“我要做科学研究，直到90岁！这不仅仅是工作，更是我的生活。”。为了激发新的idea，他曾经告诉记者，他想攀登世界最高峰——珠穆朗玛峰。

彭慧生读研究生时经常睡在实验室里。到目前为止，他基本上每天都在工作。他每年读20多本书，从《国富论》到《费曼物理讲义》再到《诗经》。他不仅自己看，还推荐学生看，“否则，当你遇到具体问题时，你会回到自己的逻辑上”。

彭慧胜对科研有自己独特的见解：“想象力需要从0到1，严谨的科学论证需要从1到100”。他认为，从基础理论到原创技术，再到最终的工程应用，科研链在不同阶段都有自己的重点；在找到创新突破后，下一步需要通过严格的逻辑进行现实和论证。

除了科学研究，彭慧胜最喜欢的事情应该是做科普报告。当他去幼儿园做科普报告时，他一讲完，孩子们就像潮水一样涌了过来。一个孩子告诉他，他将来会成为一名化学家。此时此刻，他觉得自己所做的一切都是值得的。

彭慧生去给小学三年级的学生做科普报告时，所有的孩子都热情地举手，他会尽力照顾每个孩子的情绪。但在中学，每个人的热情都不高，有些学生甚至在科普报告开始时就睡着了。因此，他非常沮丧，因为他认为观众中有潜在的未来科学家，希望激发他们对科学的热情。“因此，我想坚持给本科生上课，希望重新唤起想象力和好奇心。不仅让他们觉得科学有趣，也让他们觉得生活有趣。”

当被问及最骄傲的研究时，彭慧生承认自己还没有做出来，但他有一个雄心壮志，那就是希望有生之年能做出像图灵机这样的原创工作。“希望我们能再花30年的时间，取得重大成果”，47岁的彭慧胜说。资料来源:NE-新能汇GSALON 

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