问题——关键核心技术受制约与产业痛点并存 高端科学仪器与新能源动力系统,分别处在基础研究与产业应用的两端,却共同面临“卡点”:一方面,传统电子显微镜长期受限于真空环境,难以在液体或电化学反应条件下连续观察微观动态过程,影响对材料生长、界面反应和电池机理的准确把握;另一方面,氢燃料电池在低温环境下启动困难、能耗偏高、控制参数调节粗放等问题制约规模化应用,尤其在北方寒冷地区和应急、重载等场景中更为突出。
如何在“看得见微观变化”和“跑得稳极寒工况”之间打通创新链条,成为科研界与产业界共同关切。
原因——从“能否做到”到“如何做得更好”的系统挑战 业内人士指出,上述难题具有共性:技术链条长、学科交叉强、试错成本高。
以原位电镜为例,不仅要解决在电子束下液体环境的稳定性、密封与信号采集等工程难题,还要实现可重复、可扩展的系统化集成,才能从“实验现象”走向“通用工具”。
氢燃料电池方面,低温导致反应动力学变慢、水热管理难度上升,系统能量分配与控制策略需要更精细的模型和算法支撑,任何单点改进都难以替代整机协同优化。
影响——从机理突破到产业增量的双向拉动 此次获奖成果呈现出“微观支撑宏观、基础反哺产业”的特征。
廖洪钢团队长期深耕原位液体透射电镜研究,围绕“让电镜在真实反应环境中连续观测”的目标,逐步搭建起自主系统。
团队相关早期成果曾于2012年、2014年发表于《Science》,推动原位液相电镜从概念验证走向学术前沿。
2023年,团队依托自主研发平台在原子尺度观测到锂硫电池中独特的电荷存储聚集反应,成果发表于《自然》并入选当年“中国科学十大进展”,为理解电极界面反应提供了直接证据。
业内认为,这类“看见过程”的能力将加速高比能电池、催化与功能材料等领域的研发迭代。
在氢能领域,王亚雄团队聚焦低温环境适应性与系统效率提升,面向应用场景完善动力系统控制与优化方案,推动氢燃料电池在零下40摄氏度条件下实现可用、好用。
通过产学研合作,相关成果在三年内直接带动产值超过16亿元,体现了以关键技术突破牵引产业链协同升级的现实效应。
随着氢能在交通、储能等领域加快布局,低温性能与能效水平的提升将进一步拓展市场边界。
对策——以自主创新与长期主义打通“科研—产业—再科研” 两项成果的共同启示在于,突破“从0到1”的关键,离不开敢闯敢试的自主路径与稳定持续的投入机制。
廖洪钢团队用多年时间从零搭建系统、反复迭代核心部件,避免在关键环节对外依赖,并通过企业化方式推动高端仪器国产替代与国际化应用,形成“工具—数据—机理—产品”的闭环。
王亚雄团队则以行业痛点为牵引,在系统能耗、参数精细调控与低温工况适配等方面开展集成攻关,并以工程化验证推动成果落地。
受访科研人员认为,面向未来产业,应进一步完善三类支撑:一是强化关键仪器装备与基础软件的协同攻关,提升科研工具自给能力;二是建立更贴近场景的验证平台与标准体系,让实验室指标更快转化为工程指标;三是推动高校、企业与平台机构之间的利益共享与风险共担,提升成果转化效率。
前景——以关键工具与清洁动力驱动新质生产力成长 从更长周期看,原位电镜等高端仪器的自主可控,将增强我国在材料、能源、生命科学等领域的原始创新能力,缩短从机理发现到产品设计的时间;低温氢燃料电池技术的突破,则有望在重载运输、极端环境作业、分布式能源等方向形成更具竞争力的解决方案。
随着“双碳”目标推进和高端制造升级,未来产业的竞争不只是单项技术比拼,更取决于能否形成贯通基础研究、工程验证和规模制造的体系能力。
科技创新从来不是一蹴而就的过程,而是需要长期积累和持续投入的系统工程。
廖洪钢和王亚雄两位科学家的故事告诉我们,真正的原始创新往往诞生于对科学问题的执着追问、对技术难题的不懈攻关,以及对国家需求的主动回应。
当越来越多的科研工作者以他们为榜样,在各自领域深耕细作、勇攀高峰,我国科技自立自强的步伐必将更加坚实,未来产业的发展前景必将更加广阔。
这不仅是两位科学家的个人荣耀,更是新时代中国科技工作者群体形象的生动写照。