近日，华南理工大学的徐庆帅博士以第一作者的身份在国际顶尖学术期刊《Nature》上发表了题为《六氟锆酸锂基耐用型锂金属电池》的论文，这一成就引起了科研界的广泛关注和热烈反响响。
偶然发现，开启科研之旅
故事要从 2020 年 11 月 20 日说起。当时，徐庆帅在打扫实验台时，注意到手套箱角落里存放的废旧电解液变得浑浊，出现了白色沉淀物。作为研究锂电池电解液添加剂的科研人员，他本以添加氯化锆和硝酸锂的电解液澄清溶液为研究目标，但这些溶液在锂电池中一直没有效果，废旧电解液便被堆放在了实验室角落。出于化学工作者的本能，徐庆帅对这个沉淀物产生了好奇。反正之前的实验已经失败，他决定试试这个沉淀物，看是否会有什么效用。于是，他将沉淀物分离出来加到锂电池中，测试结果让他大为吃惊：原来只能循环 200 圈的锂电池，加入沉淀物后一下子提高到了 1400 多圈，最终实验测试显示，这种锂电池的循环可以高达 3000 圈。
重复实验，突破重重困难
兴奋之余，徐庆帅决定重复这个测试，但意外的是，无论他怎么努力，沉淀都不再出现了。他一度怀疑那个沉淀只是污染所致，于是把能想到的所有实验条件都复刻了一遍，仍然没有得到期望的结果。后来，经过团队的分析研究，并再度翻阅实验记录，他们发现沉淀物的产生与温度有关。广州高温天气时产生了沉淀物，而重复实验时正值降温，最高气温不过 11 摄氏度。当徐庆帅把温度提升后，沉淀物又出现了，而把试剂放到冰柜里，一周都没有出现沉淀物。最终得出结论，高气温对于形成白色沉淀物至关重要，这种沉淀物正是论文中提及的 m-Li2ZrF6，也就是六氟锆酸锂基纳米颗粒。
深入研究，攻克关键难题
确定了沉淀物的性质和作用后，徐庆帅和他的团队又对这种添加剂的实用性进行了深入研究。他们先装了一个全电池来测试，发现电池的倍率性能表现惊人，20 分钟就能把整块电池充满，且循环性能依然接近 3000 圈。但在对称电池的测试中，这个添加剂仅提升了倍率性能，循环性能却没有变化。这个问题困扰了他们将近半年，最终通过排除法分析，他们把关注点放在了电压的影响上，并证明了这个添加剂是一种电压驱动型电解添加剂，即在电池充放电的过程中才会工作，没有施加电压时就不起效。这意味着相对于传统添加剂每一次循环都有消耗，这种电解添加剂能够长期对电池进行保护，这也是它能够实现 3000 圈循环寿命的原因。
投稿波折，坚守终得回报
接下来的 3 年多，徐庆帅将全部精力投入到了这项研究中。刚开始，他并没有想着投稿到《Nature》，而是考虑发表在《先进能源材料》这本材料学领域的优秀期刊。但在导师丘勇才教授的建议下，他按照《焦耳》的标准写完第二版后，导师团队又建议他改投《自然 - 能源》。因为每个期刊风格和要求不同，徐庆帅差不多每次都要推倒重来。最终，导师团队和合作者认为可以按照《Nature》正刊来打磨这个工作。然而，徐庆帅担心自己只是一个二年级的博士生，要考虑毕业问题，但导师丘勇才和严克友基于多年的研究经验，认为这是一个重要的科学发现，也是解决国家重大需求问题的研究，发表这样一篇重磅作品影响力更大。
2022 年 8 月 12 日，徐庆帅第一次向《Nature》投稿。但此后的投稿过程充满波折，他们的论文历经 3 次拒稿、4 次返修。每次收到拒稿信，徐庆帅和他的团队都没有气馁，而是认真分析审稿人的意见，对论文进行反复修改和完善。为了给审稿人提供详尽的解答，他们的解答文件总计 6 万字、180 页，私下的修改稿多达 100 多个版本。在这个过程中，徐庆帅承受了巨大的压力，毕业前夕，一边要应对《Nature》论文的返修，一边还要撰写毕业论文，他经常一个人在操场上发呆。更令人揪心的是，毕业答辩前两天，怀有身孕的妻子生病住院，而他由于异地相隔无法探望。但他始终没有放弃，最终在 2025 年 1 月 9 日，论文成功上线。
重大意义，激励科研前行
徐庆帅的科研成果具有重要的意义和价值。锂金属电池因其高能量密度被视为未来能源存储的理想选择，但一直存在安全性较差和循环寿命较短的问题。他的研究成果有效解决了这些关键难题，为锂金属电池的发展提供了新的思路和方法，有望在电动汽车和可再生能源存储等领域带来变革。同时，他的故事也激励着更多的科研工作者，在面对困难和挫折时，要坚持不懈，勇于追求自己的科研梦想。相信在未来的日子里，会有更多的中国科研工作者在国际舞台上崭露头角，为推动全球科技进步贡献自己的力量。
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