陈成猛:不能让成果“躺”在实验室


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[导读]“科研人员要研发产业需要的技术,不能让成果‘躺’在实验室。”这是陈成猛挂在嘴边的话,也是他科研生涯的真实写照。

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个人简介:


陈成猛,博士,研究员。2006年本科毕业于中国矿业大学矿物加工专业,2012年于中国科学院山西煤化所获材料学博士学位,其中2010-2011年在德国马普学会Fritz Haber研究所联合培养。从2012年至今任中国科学院山西煤炭化学研究所709课题组长,从2019年至今任中国科学院炭材料重点实验室和中国科学院石墨烯工程实验室副主任,2022年创办国科炭美新材料(湖州)有限公司,任董事长。


长期致力于先进炭材料开发及其储能和热管理应用研究,主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院重点部署、山西省重大专项、国防重点和产业合作项目30余项,累计到位经费超1.6亿。在Adv Mater、Adv FunctCarbon、ACS EnergyMater、Adv Energy Mater、(Lett、Energy Storage Mater等知名期刊发表SCI论文200余篇,他引15000余次,h因子60,授权专利53项,出版英文专著2部,主持制订国际标准4项、国家标准3项。获中国科学院青年科学家奖(2023)、IEC1906奖(2022)、山西省自然科学一等奖(2019)、中国产学研合作创新成果一等奖(2019)。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等。


石墨烯闯入他的青春


2004年,当英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次发现石墨烯时,中国矿业大学矿物加工专业的学生陈成猛正埋首于课堂与实验室之间。这种被誉为"材料之王"的二维碳纳米材料——世界上最轻、最薄,同时兼具卓越导热性和极低电阻率的新材料,瞬间点燃了这位青年学子的科研热情。两年后,本科毕业的陈成猛毅然选择继续深造,将研究方向转向这一充满无限可能的领域,开启了他与石墨烯的不解之缘。读博后,在导师的安排下,陈成猛开始探索用氧化还原法制备石墨烯。当时,我国对石墨烯的研究才刚起步,可供查阅的资料非常有限。为了研究石墨烯,陈成猛不断阅读相关书籍、改进制备方法。2012年获得博士学位后,陈成猛在中国科学院山西煤炭化学研究所牵头成立了首个以石墨烯为主攻方向的课题组,担任课题组长,并尝试建设一条吨级石墨烯中试生产线。


陈成猛回忆,成立之初团队只有两个人,实验室所有设备都需搭建。他们在购置了一些必备的实验仪器和材料后,科研经费就所剩无几了。即便条件艰苦,陈成猛也没想过放弃,而是带领课题组想尽办法建设生产线。在不懈努力下,他们掌握了批量化生产石墨烯的核心技术,生产线成功落地并稳定运行。


淀粉变"黑金":打破国外垄断


2015年,陈成猛在石墨烯产业化取得进展后,敏锐捕捉到储能领域的新需求。在与下游厂商的交流中,陈成猛得知:超级电容器的核心材料——电容炭长期被国外垄断,不仅价格高昂,供应也受制于人。这一"卡脖子"难题激发了陈成猛的科研斗志,他当即决定带领团队攻关电容炭技术。


超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,具有较高的比功率、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命,且对环境无污染。而电容炭作为超级电容器的电极材料,是一种研制难度极高的多孔活性炭。


传统电容炭制备主要依赖三类原料:价格昂贵的椰壳炭、性能不稳定的石油沥青,以及工艺复杂的高分子材料。经过大量实验验证后,陈成猛发现这些传统路线都难以突破性价比的瓶颈。"既然现有方案都行不通,我们就必须开辟新路径。"团队决定另辟蹊径,将目光投向来源广泛、成本低廉的淀粉原料。


通过创新性的工艺设计,团队成功开发出淀粉基电容炭制备技术。这项突破性成果不仅实现了原材料成本的大幅降低,更通过对淀粉分子结构的精准调控,构建出理想的孔隙结构体系。


陈成猛说:“电容炭的研发过程充满艰辛,但研究成果令人惊喜,目前,从衡量超级电容器的三个性能指标:功率密度、能量密度和循环寿命来看,我们研制的电容炭主要指标都不错,并不输给国外竞争产品,另外,由于采用创新原材料体系,一些指标还有较大优化空间。”


“不能让成果‘躺’在实验室”


“科研人员要研发产业需要的技术,不能让成果‘躺’在实验室。”这是陈成猛挂在嘴边的话,也是他科研生涯的真实写照。2021年,当了解到国内多家企业急需钠离子电池负极材料——硬炭,却受制于进口时,他再次挺身而出。


“钠离子电池具有生产成本低、安全性能高等优势,近年来备受关注。”陈成猛介绍,作为一种新型负极材料,硬炭结构稳定、工作电势较低,是钠离子电池理想的负极材料。"但硬炭长期依赖进口,我们必须突破这个瓶颈。"他立即组建攻关团队,仅用一年多时间就成功研发出生物质基硬炭。然而,后续成果转化之路并不好走。生物质基硬炭制备成本高、压实密度低,产品化难度较大。


面对挑战,陈成猛展现出科研人的执着与智慧:"遇到问题不可怕,关键是要找到解决方案。"他带领团队大胆调整技术路线,转而采用储量丰富、成本低廉的煤和沥青等矿物原料,最终开发出具有市场竞争力的钠离子电池硬炭负极材料。



2022年,陈成猛将其科研成果进一步延伸至产业化领域,在浙江省湖州市长兴县创立国科炭美新材料有限公司,标志着其科研创新正式迈入商业化运营阶段。公司面向储能、电动汽车、两三轮车、工程机械、和消费电子等领域,聚焦锂、钠离子电池和超级电容器产业需求,以硬炭和多孔炭材料为主攻方向,致力于为用户提供可信赖的碳基储能材料及其系统应用解决方案。


产品方面,国科炭美已攻克生物质、煤、沥青三种不同原料技术路线,成功研发出包括GHC-C300常规型、GHC-C300A功率型、GHC-B280低成本型等不同系列的硬炭产品,产品具备高可用容量、高压实密度、高电导率和长循环等优势,能为储能、两轮车、乘用车类等用钠离子电池提供优质负极材料及应用解决方案。


参考来源:

1.科技日报《陈成猛:求新求变的“炭”究者》

2.中国科学院山西煤炭化学研究所、山西日报等


(www.188betkr.com 编辑整理/乔木)

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