1分钟搞定充电他为机器人做了一杯“奶茶”科技

　　复旦大学青年研究员、博士生导师，国家重点研发计划首席青年科学家高悦在近日举办的“2023复旦大学管理学院瞰见新青年大会”上介绍了自己新近研发成果——给机器人做一杯“奶茶”。

　　从小分子药到疫苗设计再到电池设计，回顾自己的科研历程，复旦大学青年研究员、博士生导师，国家重点研发计划首席青年科学家高悦说：“每一个工作在我看来跨界都很大，但是最后都对我的研究工作产生了巨大的帮助。希望跨界的黑科技，能为特定的应用带来很大的意想不到的突破。”

　　高悦介绍，就是在机器人没有电的时候让它“喝一杯奶茶”，把“奶茶”中的能量转化为电能，驱动它工作，像人一样饿了吃东西就能够恢复。“这样做的好处就是，‘喝奶茶’的过程很快，一分钟就能够完成。而‘传统电池’充电要4-12个小时，这样就解决了充电的等待时间。”

　　他想提升能量密度，需要把电池的材料换掉，把一些容量低但是很稳定的材料换成能量很高、脾气比较爆的材料。未来的电池，提高能量密度之后，会用一些高能材料，电池的界面和体积变化非常大，这样一个动态的过程会造成一些界面的负反应，电池不稳定。

　　高悦的解决方案是把它的界面稳定下来，在乱动的过程中让整个界面保持很好的稳定性。

　　“传统的方法像炸带鱼一样，表面裹一层颗粒状的无机膜，这个带鱼表面的膜非常容易掉，抖一抖就掉粉，这个保护层非常不好。我们想做成青团专用保鲜膜，无论怎么揉，保鲜膜的质量是非常好的。我们先把保鲜膜贴到材料表面，让它在电池工作中起这样的效果。保鲜膜就是刚刚讲到的第一个分子，我们把它涂在电池表面，通过化学和电化学的设计生成这样的膜，让它保护电池结构。”

　　高悦介绍这个图表说，这是纳米尺度的表征，从纳米级别看到膜到底长什么样子，包含什么结构，从结构反推它的性质，再做一些应用，这是最终实现的性能。

　　横轴是工作的时间，电池可以实现200圈的稳定安全的循环。但是对照样品可以看到，大概在20圈就已经“死掉了”。这也是美国国家实验室和科技公司都在继续往前推进实用化设计的工作。

　　基于之前的研究工作，高悦又设计了各种新电池的体系去稳定它的界面。这件事情做完之后，高悦也从一个博士变成了现在的老师，电池的发展也有了飞速的进步。高悦介绍，一开始做研究的都是用小的钮扣电池。现在电池变成了大家笔记本、手机电池里面的软包。

　　再回头看自己研究时，高悦发现——所有的电池测试都要加压，电池循环之后还有一个膨胀过程，一开始是3.7毫米，膨胀完之后是4.9毫米，膨胀非常大。“这会带来很大的问题，比如说VR眼镜这种设备，如果放到里面会有一个膨胀和压力，它的实际寿命小于10圈，虽然看起来已经200圈了，但是线圈。另外如果电池有膨胀，会造成电池爆炸和着火的情况，这种情况非常严峻。”

　　高悦的方法是把“能量很高、脾气比较爆”的材料做成“乖宝宝”。这时，高悦在博后期间学到的3D打印技术又用回来，设计了3D打印的结构。整个3D打印过程是从分子到器件的研究，最终可以达到一个无膨胀的电池稳定的循环状态。

　　解决了从分子到电池的迈进，电池到机器人是高悦后面一部分的工作。除了现在的传统电池，高悦也希望去做一些更新的探索，探索式的创新。

　　高悦介绍，除了可以快速完成充电，“给机器人做奶茶”的另一点好处是，能量密度可以做到非常高，比现在的电池能量密度高两倍，使用时间也会长两倍。

　　“另外一件事，我们不仅管机器人‘吃’的过程，我们也管‘排泄’。”高悦，“它‘排泄’出来的液体可以通过电化学的方式回收，回收之后形成能量闭环，也就是说可以‘奶茶’利用完之后再变成新的‘奶茶’，这样可以大大降低价格。简单说，用的多了之后，我们的‘机器人喝奶茶’价格要比汽油还便宜。”

　　除此之外，高悦也对另外一些事情感兴趣。比如，现在的电池都是用无机的有污染的材料，他希望开发一个纯有机的、以生物质为原料的电池，这样会更加环保。

　　“迈出第一步很重要。当研究迈出第一步之后，如果你做出一些有突破的事情，会有非常多人感兴趣，继而帮助你把后面的事情做好。最重要的还是初始的原创设计。”高悦说。

　　上海科技根据复旦大学青年研究员高悦在近日举办的“2023复旦大学管理学院瞰见新青年大会”上所做报告整理

　　原标题：《1分钟搞定充电，他为机器人做了一杯“奶茶”科技时刻Moments》

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