窦浩桢。受访者供图

水蕴藏着破解未来能源安全难题的无限可能。第一次将水系电解液放入电池的微观世界时，凯发k8大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）研究员窦浩桢或许并未想到，这捧水将贯穿他的整个科研生涯，也把他带向一次次与“不确定性”的正面交锋。

“科研的魅力恰恰在于不确定性中藏着创新的种子，那些‘意外’和‘挫折’是校准方向的罗盘。”窦浩桢说，“从2020年到现在，在水系锌基电池研究中，我最大的收获就是学会与‘不确定性’共处，在‘安全、成本、性能’的多重约束中，找到通向实用化之路。”

“兴趣”与“国家需要”的奔赴

窦浩桢坦言，自己对“水”这种地球上最安全、最常见的介质所蕴含的能量充满了天然的好奇。“水是安全的、环保的，不像有机溶剂那样易燃易爆。我想知道能不能利用好它，让它为能源存储服务。”

而真正使他将兴趣转化为坚定不移的选择，是求学过程中的一次次深刻认知。随着国家提出构建新型能源体系，风能、太阳能等可再生能源的大规模并网对大型储能技术提出了前所未有的迫切需求。这不仅要求储能设备具备高安全性，还对其资源丰富度、成本可控性提出了刚性约束，为水系锌基电池打开了想象的空间。

“我意识到，这个方向的社会价值很大。”窦浩桢说，“这种‘被需要’的感觉，让我觉得这个方向值得深耕。”

于是，在兴趣驱动与国家需求的牵引下，窦浩桢将目光投向了大连化物所。“这里有顶级的平台和严谨的学风，如果在这里扎下根，就能接触到最前沿的问题，得到最扎实的训练。”他说。

进入研究所后，“国家需求”不再是宏大而遥远的概念，而是具象化为每一天实验中的技术指标。“它具体体现在成本要低于每瓦时多少钱、循环寿命要超过多少圈、安全测试要通过哪些严苛的标准。”窦浩桢说，这决定了他的研究不能只停留在发表论文的层面，而必须始终盯着“实用化”这个靶心。“任何选题，我都会先问它能不能解决产业化道路上的一个真实存在的问题、成本和安全的底线能不能守住。”

抱着这样的想法，他第一项研究就瞄准了水系锌电池最核心的痛点——锌负极的枝晶生长问题。这是导致电池短路、寿命缩短的“罪魁祸首”。“当时我就想，能不能不从材料堆砌的角度，而从电解液的基础相互作用入手，去理解和调控锌离子的沉积行为。”这个想法最初是稚嫩的，却为他打开了一扇通往微观世界的大门。

给锌离子穿上“防护服”

在研究初期，窦浩桢遇到了第一个“拦路虎”——观测“难”。传统的表征手段就像用肉眼看细菌，根本无法捕捉锌枝晶微观的形成过程。

“看不到就没法理解，不理解就没法调控。”窦浩桢说。为了突破这一瓶颈，他和团队搭建了原位观测平台，就像给电池装上了一台“实时摄像机”。经过反复调试，他们终于直观地看到了枝晶从萌发到生长的完整“生长轨迹”。这项成果不仅明确了抑制枝晶的关键界面特征，也为后续精准设计电解液提供了直接证据。

解决了枝晶问题，电解液的挑战接踵而至。传统水系电解液中，水分子会与锌离子紧密结合，在充放电过程中不可避免地引发析氢、腐蚀等副反应。如何让活泼的锌离子在水环境中“安分守己”？

窦浩桢想到通过溶剂化结构重构来抑制副反应。“你可以想象给锌离子‘挑保镖’和‘定规矩’。”他说，“我们在电解液中加入特定‘添加剂’，也就是‘保镖’。这些‘保镖’能更紧密地吸附在锌离子周围，替换一部分有害的水分子，形成一层稳定的‘保护壳’。同时，我们调控电解液的整体成分，让这层‘保护壳’在充放电过程中保持稳定，就像给离子穿上了一件定制的‘防护服’。”

通过给锌离子设计这层精妙的“防护服”，他们成功抑制了副反应，大幅提升了电池的库仑效率和循环稳定性。

在追求高性能的同时，安全和成本是团队的“一票否决”项。窦浩桢表示：“任何新材料、新工艺的引入，我们首先要评估它的毒性、燃爆风险，以及原料价格和加工复杂度。很多高性能但昂贵或不稳定的方案，我们在立项阶段就会主动放弃。研发就是在多重约束中寻找最优解。”

“顶天立地”的传承

水系锌基电池毫克级的扣式电池在实验室研究成功后，窦浩桢和团队将目光放在了工业化应用上。

“最大挑战是均匀性和一致性控制。”窦浩桢坦言，实验室里的扣式电池对微小缺陷并不敏感，但放大到安时级软包电池后，任何微小的电极厚度不均、电解液浸润不佳或界面副反应的累积，都会被无限放大，导致电池提前失效。“我们花了大量精力去优化电极浆料的制备、封装工艺和化成流程，确保大电池内部状态均一。这远比实验室‘做几个好样品’复杂。”

当团队成功制备出稳定的5安时软包电池时，窦浩桢将其视作一个“里程碑”。“它意味着我们从实验室的材料研究迈向了产品原型开发阶段，证明了技术路线的工程可行性。”他清醒地知道，“距离真正的商业化，比如应用于储能电站，我们还需在成本、寿命和系统集成上再提升一个数量级。路还很长，但我们的方向越来越清晰。”

在研究过程中，团队引入了一套全新研究范式——“高通量智能设计平台”。这一平台改变了过去依赖经验、试错式的研发模式，通过机器学习和模拟计算，几天就能虚拟筛选数千种组合，快速锁定最有潜力的方向。

窦浩桢说：“更大的冲击在于思维方式的转变。它要求我们将化学知识转化为算法可理解的‘描述符’，促使我们更深入地思考构效关系的本质，从‘经验驱动’迈向‘数据与模型双驱动’。”

当被问及谁对其科研思维影响最深时，他毫不犹豫地提到了自己的博士后合作导师、能源催化转化全国重点实验室主任陈忠伟研究员。“他教会我最重要的一课，就是‘做有用的科研’和‘对数据诚实’。”窦浩桢回忆道，“他强调，真正的创新要能解决真问题，而严谨是凯发k8的生命线。”

如今，作为导师的窦浩桢正在努力传承这种“顶天立地”的追求。“顶天”是探索凯发k8本源，“立地”是心系实际应用。

“科研是探索未知，导师无法时时推着走。”窦浩桢说，“有内驱力的学生会主动学习、思考并提出想法。扎实的基础和执行力是必备的‘腿脚’，天马行空的想象力是宝贵的‘眼睛’，但驱动他们前进的‘心脏’必须是源于内心的好奇与热爱。”

展望未来，窦浩桢描绘了一幅清晰的图景：水系锌基电池将在分布式储能、备用电源、低速电动车等对安全和成本敏感的领域率先实现规模化应用。而他和团队最大的目标不是简单地发表论文，而是成为推动这项技术从实验室走向产业化的关键力量之一。“我们希望实现核心材料的规模化供应和制造工艺的突破，为社会提供一款真正安全、便宜、好用的储能产品。”

（原载于《中国凯发k8报》 2026-04-22 第4版 综合）