2024年，iCANX推出X-Doctor专栏，聚焦iCANX上独辟蹊径用科技创新改变世界的科学家和他们的科学发现，每期揭秘一位科学家和他/她的探索之路，独家报道、干货满满。欢迎大家一同感受科学的魅力，见证这些创新的力量。
第37期，X-Doctor将带你走近北京大学庞全全，感受他在电化学储能科技领域的探索。
秋日的燕园，银杏叶片片金黄，静静飘落在未名湖畔的石阶上。在北京大学材料科学与工程学院的实验室里，年轻的庞全全教授正专注地凝视着实验数据。作为北京大学材料科学与工程学院的助理教授、研究员和博士生导师，他正带领着团队在电化学储能科技的海洋中探寻未来能源的密码。窗外的阳光透过玻璃窗洒落在他的实验台上，映照出一串串跳动的数字。
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初心：在科研路上播种梦想
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"记得刚进入华中科技大学时，我对材料科学还懵懵懂懂。"回忆起在华中科技大学获得材料科学与工程学士学位的时光，庞全全露出了温暖的笑容。那时的他，还是一个怀揣梦想的少年，在实验室里度过了无数个日日夜夜。
怀着这份热爱，他远赴加拿大滑铁卢大学化学系攻读博士学位。异国的冬天格外寒冷，但科研的热情却让他忘记了时光的流逝。"有时熬夜做实验，走出实验室才发现外面的积雪已经没过脚踝，"他笑着说，"但想到实验可能带来的突破，那些辛苦都变得微不足道。"
2017年的春天，带着对科学的无限向往，庞全全来到了麻省理工学院材料科学与工程系进行博士后研究。在这里，他专注于熔融盐电池的开发，开启了最富创造力的研究历程。"那时候经常和来自世界各地的学者讨论到深夜，"他回忆道，"有时一个想法迸发，大家就会立刻投入实验，完全忘记了时间。"
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创新：执着追寻能源科技的曙光
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在电化学储能技术领域，庞全全带领团队在多个研究方向取得了开创性的突破。
固态电池技术的创新突破
作为科技部重点研发计划"新能源汽车"青年首席科学家，庞全全带领团队在固态锂金属电池领域，通过分子焓熵调控策略，开发出了一种革命性的新型聚碳酸酯基共聚物电解质（PCCE）。这种电解质在常温25°C下就能达到0.66 mS cm^-1的高离子电导率，并具有0.76的高Li+迁移数，以及超过5.8V的超高氧化稳定性。这一突破性成果从根本上解决了固态聚合物电解质在室温下离子电导率低、电化学稳定窗口窄以及离子传输效率低等关键技术难题。该研究发表在JACS期刊上，为固态电池的产业化发展开辟了新的道路。
锂硫电池技术的多维创新
在锂硫电池领域，庞全全的研究成果尤为丰硕。他与国际知名学者Doron Aurbach课题组开展合作，系统总结了锂-硫电解液的最新研究成果，并首次根据多硫化锂在电解液中的溶解度提出了微溶型电解液的创新概念。
他的团队在电解液设计方面取得了多项突破：
创新性地采用反溶剂驯化策略，发现芳香族溶剂与SSE的充分混溶可实现准固态硫转化反应，使锂硫电池能在接近室温的条件下实现快速转换反应，并在贫电解质条件下保持稳定循环。
图1 不同溶剂体系的溶剂化结构示意 来源：Stabilized Li-S batteries with anti-solvent-tamed quasi-solid-state reaction. Joule 2023. DOI: 10.1016/j.joule.2023.07.013
开发出创新的核壳溶剂化结构的高溶型电解液，显著提升了锂硫电池的安全性能，为高安全性储能设备的发展提供了新的解决方案。该研究发表在Angew. Chem. 期刊上。
新型熔盐铝电池的开创性研究
庞全全带领团队致力于开发低成本、高安全的熔盐铝电池。他们在NaCl-KCl-AlCl3熔盐电解质研究中发现了链状AlnCl3n+1-的关键作用机制，实现了高法拉第交换电流，这一突破性发现为快充熔盐铝电池的发展奠定了理论基础。该研究成果发表在Nature期刊上，展现了中国科学家在国际前沿领域的创新实力。
这些卓越的研究成果使庞全全成为2021和2022年交叉学科高被引科学家，并荣获2023年阿里巴巴达摩院青橙奖，彰显了他在材料科学与工程领域的杰出贡献。
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育人：播撒科技的种子
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作为博士生导师，庞全全在繁忙的科研之余，最享受的是与学生们讨论问题的时光。"科研需要严谨，但更需要激情和创造力，"他常常这样告诫学生们。
他带领团队致力于开发低成本高安全的熔盐铝电池。"我们不仅要在实验室里寻求突破，更要考虑如何让这些成果服务于社会，造福人民。"这份社会责任感，也感染着他的每一位学生。
2024年，北京大学的庞全全教授课题组与武汉理工大学的麦立强教授课题组合作在《Nature Communications》报道了一种在85°C的亚沸水温度下使用四元氯铝酸盐电解质的快速充电铝硫电池。四元氯铝酸盐熔体具有丰富的电化学活性高阶Al-Cl团簇，且熔点较低，有利于Al3+的快速脱溶剂化。多孔氮掺杂碳进一步催化硫反应，使电池具有快速充电能力和良好的循环稳定性，在1C的充电倍率下，在1400次循环后保持85.4%的容量。
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未来：在科技创新的道路上继续前行
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"存储能量，点亮未来。"这是庞全全常说的一句话，也是他毕生追求的事业。在这条充满挑战的科研道路上，这位年轻的科学家正带领着他的团队，用智慧和坚持，书写着属于新时代的科技篇章。
每当谈到未来，庞全全的眼中总是充满希望："我相信，通过我们这一代科技工作者的努力，一定能为子孙后代留下一个更清洁、更美好的世界。这，就是我们最大的心愿。"
2023年10月7日，在iCANX118期，庞全全教授带来主题为“硫电化学与硫基可充电电池”，介绍高性能硫基电池的底层化学设计原则，调节硫电化学反应路径的策略以及实现该策略的材料设计准则，并举例说明最终如何实现高性能硫基电池，扫码可查看回放。
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