上海交通大学研究生“学术之星”评选活动作为交大研究生最高水平的学术评选活动,旨在深入贯彻落实全国教育大会精神,选树品学兼优的交大研究生典型,发挥朋辈引领作用。
在“学在交大”的氛围中,他们以探索回应未知,以创新推动前沿。本期专访,让我们一起走近这位“学术之星”,聆听他的科研故事。
人物介绍
耿世涛,化学化工学院/变革性分子前沿科学中心/张江高等研究院2022级博士生,师从孙浩长聘教轨副教授。读博期间研究方向为低成本,可持续的变革硫氯电池新体系。在材料和化学领域权威期刊发表高水平论文18余篇,其中以第一含共一作者在Nature、Nature Commun.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文6篇,申请国家发明专利2项。
人物专访

请简单介绍一下您的研究方向。
我主要研究一种用于未来储能的新型电池————高电压无负极钠硫电池。可以把它想象成一个大号的、专门为电网设计的“充电宝”。我们的目标是造出一种特别便宜、特别能装电、又特别安全耐用的巨型电池,来解决风能、太阳能发电“看天吃饭”的难题。属于下一代大规模储能技术,是能源科学与材料科学的交叉领域。
我们主要聚焦三个核心问题:首先是成本与资源,现在主流的锂电池用的锂、钴等材料比较贵,而且资源分布不均,我们想用地球上更便宜、更丰富的钠和硫来做电池的核心材料;其次是能量密度,传统的钠硫电池工作温度高,像个小锅炉,有安全隐患且效率低,我们研究“高电压”体系,目标是让它在接近室温下工作,更安全、潜力更大;最后是结构与安全,“无负极”是一种创新的设计思路,简单说,我们不再预先在电池里放置一个固定的负极金属层,而是让钠离子在充电过程中,自己从一个“钠离子仓库”里“跑”出来,并在负极一侧整齐地“生长”成一层金属钠薄膜,这就像是按需打印负极,能极大提升电池的能量密度,但如何控制这层钠膜长得均匀、稳定,不产生有害的枝晶,是我们攻关的核心科学难题。总之,我们研究的是一款面向未来电网的、更“经济适用”且“潜力巨大”的储能电池。


安时级高电压无负极钠硫电池

您如何看待这一领域当前的发展态势?近几年有哪些值得关注的进展?
目前,这个方向在学术界处于从基础原理突破走向技术原型验证的关键探索期,是一个非常活跃且备受关注的前沿阵地。可以比作是“黎明前的攻坚阶段”,传统的熔融态钠硫电池已是商用技术,但我们追求的“室温高电压无负极”体系是全新的赛道,大量的基础研究正在涌现,但距离真正的商业化还有很长的路要走,目前全球范围内都还没有成熟的产品。其背后是固态电化学、界面化学与金属成核生长理论的深度结合,我们需要在原子/分子层面理解钠离子如何传导、如何在不同材料界面发生反应、以及如何精确控制金属钠的沉积形貌。
值得关注的进展主要有四点:一是新型电解质突破,开发能够在室温下高效传导钠离子、并且能耐受高电压、还能与钠金属稳定共存的固态或准固态电解质,是目前最大的热点和瓶颈;二是界面工程,如何在正极材料与电解质之间,以及在负极钠金属生长面构建稳定的、导离子不导电阻的“人工保护层”,是提升电池寿命和安全性的关键;三是先进的表征与模拟,借助原位同步辐射、原位透射电子显微镜等尖端技术“看见”电池内部的反应过程,以及用超级计算机模拟钠离子的行为,这些手段正帮助我们更深入地理解根本原理,从而指导材料设计;四是电池结构创新,除了材料,如何在电池结构上创新,来引导钠金属的均匀沉积,也是一个重要的研究分支。


安时级高电压无负极钠硫电池

您是如何确定这个选题方向的呢?有什么关于选题的经验分享吗?
选择这个研究方向,核心驱动力在于它精准契合了国家能源战略的迫切需求,并指向一个尚未解决的重大科学难题。从需求侧看,我国新型电力系统对大规模、长时、低度电成本储能的技术需求极为明确。当前,锂离子电池受限于锂、钴、镍资源的全球供应链压力和长期成本下降瓶颈,难以完全满足这一规模化的市场需求。因此,转向资源丰度极高、成本潜力巨大的钠硫体系,是基于对我国能源安全和产业独立性的战略考量,具有明确的应用必要性。
关于科研选题的具体经验,可以归纳为几点较为务实的思考路径:第一是从明确的国家或行业规划文件中寻找技术需求清单,并从中识别出那些现有技术路径难以满足、且存在根本性科学障碍的方向。我们的选题即源于对“长时储能”这一明确技术短板的深入分析。第二是在交叉领域的“无人区”寻找切入点。例如,将“单质硫”与“钠金属负极”结合,就涉及化学稳定性、机械性质与电化学过程的复杂耦合,这里往往是传统单一学科视角的盲区,也更容易产生原始创新。第三是正视并拆解“不可能”。面对“钠枝晶”这类公认难题,并非直接试图“消灭”它,而是通过文献调研,将其拆解为更具体的子问题,例如:不同晶体取向的钠沉积行为有何差异?局域电流密度如何影响初始成核?从而找到可能率先突破的薄弱环节。第四是极其重视合作与表征。这类复杂体系的研究,单靠合成与电化学测试已远远不够,必须主动与从事原位电镜、同步辐射、计算模拟等方向的团队合作,用多尺度、多手段的数据相互印证,才能构建起对机理的完整认知。

科研经历分享

回顾您的科研之路,您觉得可以大致分为几个阶段呢?
回顾我的科研道路,可以清晰分为三个阶段。第一阶段是“规范习得期”:从进入实验室开始,在导师的指导下完整重复一个经典实验,但重点不在于做出结果,而在于学习全套科研“手艺”————如何设计对照、控制变量、记录异常,以及最重要的,如何从失败的数据中提取有效信息。其标志是独立完成第一个小课题并写成报告,核心收获是理解了科研的产出不是“成功的结果”,而是“可靠的过程”。第二阶段是“深度攻坚期”:在导师划定的方向内,自主选定“高电压下钠金属界面稳定性”这一具体难题,经历了漫长的试错。标志性事件不是论文发表,而是在多次失败后,通过与原位表征专家合作,首次直接观察到理论推测的界面相变过程。这个阶段的核心是锤炼韧性,学会在长期无正向反馈的情况下,依靠逻辑和有限的线索推进工作。第三阶段是“体系构建期”:从单纯解决问题转向主动定义问题。其标志是开始独立主持项目,围绕一个核心科学猜想(例如“界面化学梯度设计”),系统布局多个相互验证的子课题,并指导学生分头推进。此时工作的重心从“我自己如何做实验”部分转向了“我们如何验证这个猜想”以及“如何为团队寻找资源与协作”,思考的尺度从具体的实验设计扩展到了研究方向的长期价值与团队的成长路径。每个阶段都是不可逾越的积累,前期练就的扎实手艺与攻坚时培养的韧性,是后期能够进行系统性布局的基础。


是什么激发了您对科研的兴趣,让您决定踏上这条道路的呢?
是科研工作中那种独特的、从混沌中建立秩序的确定感。它吸引我的不是某个具体的发现,而是其核心的工作方式:面对一个复杂、模糊、结果未知的问题,通过设计严谨的实验、收集客观的数据、进行逻辑的推理,最终能剥离表象,得到一个坚实的、可验证的结论。这种“用可控的方法探索未知,并将认知向前推进一小步”的过程本身所带来的智力满足,是其他工作难以替代的。它本质上是一种系统化的、高级的“解惑”过程,恰好契合了我对科研持续的好奇心,以及享受通过自己设计的路径去寻求答案的偏好。


您是如何系统性地提升科研能力并完成知识积累的?在这一过程中是否经历过困难,又是如何克服的?
我的方法很直接:集中精力吃透少数几篇最关键的论文,自己动手把其中的核心图表和数据推算一遍,真正搞懂别人是怎么从数据得到结论的。同时,必须独立完成一个从头到尾的小课题,从想法、实验到写论文,走完整个流程才能真正入门。
遇到的主要困难就两种:一是实验反复失败,很久都没有积极反馈,容易焦虑和自我怀疑;二是技术遇到瓶颈,自己现有的方法不够用了。我的应对方法是:对于第一个困难,我强迫自己接受“负面结果也是结果”,只要实验过程严谨,它就是有价值的数据,并定期和导师讨论,确保大方向不走偏;对于第二个困难,我不硬扛,而是主动去学必要的新技能(比如基础的数据分析或软件),或者直接找懂行的同学合作。这个阶段没有捷径,核心是坐得住,并且学会把“卡住”的问题变成学习新东西的机会。


您认为是哪些因素促使您能够取得众多科研成果的呢?
对我这名博士生而言,能促成相对稳定产出的关键,在于尽早构建一个能自我驱动、高效迭代的“个人研究系统”。这个系统的核心不是拼命工作,而是将有限的时间和精力进行系统性配置:首先,我将导师给出的方向主动拆解为两三个彼此关联、能并行推进的子课题,确保当一个实验卡住时,其他方向的数据分析或模拟计算能同步进行,从而保持连续进展。其次,我把合作视为最重要的加速器,主动与不同特长的同辈深度协作,比如我提供电化学数据,伙伴提供理论计算验证,这种互补将单点的试错变成了立体验证网络,极大提升了从现象到机理解释的转化效率。最后,我建立了严格的研究习惯,任何实验数据绝不隔夜处理,第一时间绘制成图并记录分析、疑问和下一步想法,这使论文写作变成了定期整理而非重新创造。因此,我的体会是,博士阶段的“高产”本质上是研究思维与工作流程的成熟————通过课题的模块化管理、协作的主动设计与数据处理的即时纪律,将碎片化的时间与灵感整合成一个能持续输出成果的有机体。


您是怎么选定当前的研究方向的呢?是受到某位导师的启发,还是在学习过程中逐渐明确的,亦或是其他契机呢?
我研究方向的确立是个人探索与导师指导共同作用的结果。导师的核心作用在于提供了明确的决策框架:首先,他引导我将选题锚定在“国家能源战略”这一层面,使我聚焦于“大规模长时储能”这一根本性需求,而非追逐短期热点。其次,在文献调研基础上,他通过关键提问————“钠硫体系的成本优势明确,但其室温化的核心科学瓶颈究竟是什么?”————促使我将宽泛的领域收敛到“高电压下钠金属负极界面稳定性”这一具体且未解决的基础科学问题上。最后,他评估了我偏好机理与跨尺度研究的特点,确认该方向既能满足重大需求,其深度也契合我的研究风格,从而给予了明确支持。整个过程是“自上而下的战略引导”与“自下而上的问题聚焦”相结合,导师框定了方向与标准,我则在其中完成了具体的识别与匹配。

科研感悟分享

面向未来想走上科研道路的同学,您有哪些建议?在您看来,一名优秀的科研工作者应具备哪些特质,又该如何在实践中不断提升科研素养?
对有志科研的学弟学妹,我的核心建议是:尽早完成从“答题者”到“出题者”的心态转变。科研的本质是探索未知,而非重复已知。为此,你需要主动培养三项关键能力:发现真问题的敏锐度(这需要广泛阅读与批判性思考,能看出数据背后的矛盾与空白)、将模糊想法转化为可验证实验方案的设计力(这是将思维落地的核心技能),以及从失败数据中提炼新线索的韧性(科研中绝大部分实验会失败,但“负结果”往往藏着真正的科学信息)。
科研工作者最核心的特质,我认为是在长期不确定性与压力下,依然能保持好奇与专注的“稳态”。这需要你找到研究本身对你个人的内在吸引力————无论是解决问题的智力快感,还是潜在应用带来的使命感。
在过程中,请特别注意:避免陷入低水平重复,要定期跳出来审视自己工作的原创性与价值;诚实面对所有数据,绝不选择性忽略“不好看”的数据;将沟通与写作视为与实验同等重要的核心技能,无法清晰表达的工作等于未完成。
培养素养的最佳路径是“在实战中学习”。从小课题开始,完整经历“提问-设计-执行-分析-写作-交流”的全周期;坚持深度阅读顶级期刊论文,不仅学结论,更要拆解其逻辑结构与实验设计的精妙之处;同时,寻找一位能与你进行高强度思维碰撞的导师或伙伴,在质疑与辩护中锤炼你的逻辑。科研是一场马拉松,其乐趣与成就感正蕴含在那些不断遭遇困境、又依靠自身智慧将其突破的循环之中。


关于科研交流,您有什么建议想要给到学弟学妹吗?
我的核心建议是把每次交流都当成一次“思想对焦”:出发前,先花十分钟捋清自己的认知边界和最想搞懂的一两个问题,这能让你在交流中迅速定位价值信息;交流时,少记结论,多记逻辑和反常细节,重点听对方如何论证与排除其他可能,当听到不理解或矛盾处,立刻用“您当时如何确定X因素不影响结果?”这类问题切入对方的思考过程;交流结束后的十分钟最关键,要马上整理出“一个可行动的点、一个待查证的疑点、一个可联系的人”,这样才能把流动的对话转化为推动你研究的具体下一步。科研交流的本质是思维的交叉验证,你输出的问题质量决定了获取信息的深度。

导学关系

可以聊聊您和导师平时是怎么相处和合作的吗?导师在您的研究过程中主要提供了哪些方面的指导与支持?
我与我导师的相处模式可以概括为“在战略上对齐,在战术上自主”。他更像一位把握方向的“首席科学家”与“思想伙伴”,而非事无巨细的管理者。我们的合作始于对重大需求和科学难题的共识确立,他会从更宏观的视角,结合领域发展趋势和国家需求,帮助我判断课题的长期价值与可行性,确保研究方向锚定在正确的大轨道上。
具体到研究过程中,他对我的帮助主要体现在三个方面:一是“思维训练”,通过极具挑战性的提问(例如“你的实验设计如何排除另一种竞争性机理?”)迫使我的思考必须逻辑闭环、无懈可击;二是“资源连接”,当研究遇到瓶颈时,他能凭借其学术网络,为我引荐最合适的合作者,无论是理论计算还是尖端表征,从而打通关键环节;三是“风险管控”,在我因年轻而倾向于追求激进想法时,他会以其经验帮助评估技术路径的潜在风险,并划定一条“安全创新”的边界,让我在可控的试错成本内大胆探索。这种模式给予了我高度的自主权和探索自由度,但每当抵达关键决策点或陷入困境时,他的经验和视野总能提供至关重要的、有时甚至是决定性的推力。因此,我导师的作用远不止于传授知识,更是塑造了我的科研品味、思维习惯以及从宏大视野审视具体问题的能力,这比解决任何一个具体课题都更为深远。

课余生活

科研之外,您平时的生活是怎样的呢?有什么兴趣爱好可以和我们分享一下吗?
科研之外,我最享受在篮球场上流汗的时光。每周和几位朋友约一场球,是雷打不动的放松时刻。在球场上,不用思考复杂的公式和实验,只需要专注于每一次跑位、传球和投篮。那种简单的胜负快乐,和队友击掌庆祝的瞬间,能迅速洗刷掉所有的疲惫。这大概就是生活里最重要的小事:保持一项纯粹因为热爱而去做的事,它让你记得,生活不只有实验室的严谨,也有球场上的清风和畅快的笑声。

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耿世涛生活照
未来展望

最后,对于您未来的学术道路,有什么期待和畅想吗?
我期待能在高电压无负极钠硫电池领域取得根本性突破,率先阐明钠金属在高电压界面下的动态演化机理,并构建出高效、长寿命的室温原型器件。畅想这些基础研究成果能推动其走向实际应用,为我国新型电力系统提供稳定、低成本的储能基石。同时,我希望更多兼具科学洞察与工程思维的年轻学者,共同拓展电化学能源存储的认知边界,为全球能源转型贡献一份确定性的技术答案。

小编有话说
在本次交流中,耿世涛同学将高电压无负极钠硫电池生动地比喻为电网级“充电宝”,简单易懂地讲解了这一面向未来储能的前沿技术,展现了其将复杂科学问题通俗化的能力。他以“用可控方法探索未知”为初心,在科研道路上经历了从“规范习得”到“深度攻坚”,最终进入“体系构建”的三个阶段。他倡导从“答题者”向“出题者”转变,通过构建高效的“个人研究系统”、注重主动协作与高强度思维训练来推进研究,并将学术交流视为关键的“思想对焦”过程。其研究深刻锚定国家能源战略需求,致力于攻克大规模储能领域的“卡脖子”难题。展望未来,他希望进一步揭示钠金属界面演化的核心机理,推动该技术走向实际应用,为新型电力系统的发展提供支撑。在不断推进与修正之间,他的研究也在形成稳定而清晰的轨迹————而他的探索,仍在继续。





